自适应的回转稳定器控制系统技术方案

一种仅基于进动信息而使海船运动稳定的回转稳定器控制系统和方法。所述控制系统采用自动增益控制（AGC）进动控制器（60）。该系统利用增益系数操作，所述增益系数总逐渐最小化以使所述陀螺仪飞轮（12）尽可能多地扩大进动，也就是进动越大，横摇稳定力矩越大。该连续增益变化提供对海况及航行条件变化的适应性。该系统有效地预测最大进动到来的可能性。如果检测到了这种情况，那么所述增益会快速增加以提供制动进动扭矩。一旦这种情况过去，所述系统会再次试图逐渐降低增益。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种回转稳定器控制系统和方法，用于使由产生横摇运动的波浪和环境激振力引起的海船运动稳定，更具体地说，尽管不是专有的，涉及一种自适应的回转稳定器控制系统和方法。
技术介绍
当回转稳定器用于海船以减弱横摇运动时，船舶的横摇运动引起飞轮进动，飞轮进动反过来产生对抗横摇运动的扭矩。这意味着所引起的飞轮进动总处于适当的相位以减弱横摇运动(如果所述进动不超过90° )。根据对由机械布置导致的进动的抵抗，当滚动旋转率(侧倾率)超过一定程度时，所引起的进动扭矩会使飞轮进动多于90° (过进动)。这导致由飞轮产生的对抗横摇的扭矩不稳定，因为对抗横摇的扭矩会暂时为零。如果对进动的抵抗足够大，以至于可以在峰值输入情况期间避免所引起的过进动，那么稳定效应在更普遍的情况期间会被严格地限制。因此希望提供一种回转稳定器控制系统以改变对进动的抵抗，或者主动地控制陀螺仪的飞轮进动运动。已知许多回转稳定器控制系统，从由操作杆致动的手动的进动轴制动器到通常依靠感测的船舶横摇运动和陀螺仪进动运动而对进动角的自动控制。手动的进动轴制动器由Schlick于1904年第一次提出，并由White于1907年进行描述，手动的进动轴制动器需要人工干预以避免在波浪环境中超出小范围的设计条件的过进动。此后，美国公司Sperry开发了一种系统，该系统通过使用小陀螺仪和由开关转换器控制的电力马达以控制主陀螺仪的进动而处理了 Schlick陀螺仪的问题。在该系统中，进动率与船舶的侧倾率成比例。尽管这些现有技术系统的性能在一些波浪环境中是卓越的，(高达95%的横摇减少)，但是进动控制系统不适用于可变的波浪环境，因此简单化的进动扭矩控制器限制了系统的性能。随着专利技术了更轻和更便宜的减摇鳍，减摇鳍在当海船处于允许鳍产生水动升力的速度时工作良好，人们对回转稳定器的兴趣才减少。回转稳定器对船舶具有零航速或低航速的应用具有特别的益处，而基于流体力学的系统具有少许效果或没有效果。一些应用包括巡逻艇、豪华机动游艇、海上浮式生产系统和离岸工作船，但并不局限于这些应用，这些应用在低速或零速期间都具有重要的操作功能。这些应用推动人们对重新有兴趣考虑用回转稳定器控制由波浪引起的海船横摇运动。因此，提出了用于回转稳定器的更复杂的控制系统，以在宽范围的操作条件内提供改进的船舶运动衰减性能。例如，在WO 2009/009074中，Rubenstein和Akers公开了一种控制方案，该控制方案使用姿态变化率和角速率传感器用于船舶和回转稳定器，以产生前馈部件。前馈部件与反馈部件、模式输入(当前情况的指示，比如下水、停泊或以不同速度航行中)以及预定控制(当施加到回转稳定器和/或其它船舶稳定设备时)的效果的预期一起使用以为陀螺仪和任何其它控制装置产生资源分配向量。通过主动地控制回转稳定器飞轮的进动，可以获得在宽范围的操作条件内安全有效的性能。对进动的主动控制需要将传感器反馈作为过程控制变量来使用。如果过程控制变量由于传感器误差、系统电力损耗或其它故障而不适用于控制系统，那么主动控制系统会停止运转。对于主动驱动的回转稳定器，这会导致回转稳定器的稳定作用的直接丧失，这在拿船舶的安全和/或舒适运转冒险。随着提供了数量增加的传感器，从而允许使用对变化的海况和船舶运动响应更加迅速的更复杂的回转稳定器控制算法，一个或多个传感器发生故障的风险会增加。本专利技术以提供一种回转稳定器控制系统和方法为目的而开发，该回转稳定器控制系统和方法对不同和变化的海况以及船舶运动做出响应，以在宽范围的操作状况内减弱船舶横摇运动，并且使用于将过程控制变量导出的传感器的数量减少到最少。本说明书提及现有技术是仅出于解释性目的，在本说明中对现有技术的提及不应看作承认这些现有技术在澳大利亚或其它地区是公知知识的一部分
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种回转稳定器控制系统，用于使由产生横摇运动的激振力引起的海船运动稳定，所述控制系统包括第一感测装置，用于感测所述回转稳定器的飞轮的进动；控制装置，用于产生控制信号，以使所述回转稳定器飞轮的进动范围达到最大，直到基于所感测的进动而可以估计到进动会超过预定的界限；以及致动器，对控制信号做出响应以将进动控制扭矩施加到回转稳定器飞轮，由此，在使用中，可以获得仅基于回转稳定器飞轮的进动而对船舶运动的主动控制。优选地，致动器仅将制动进动控制扭矩施加到回转稳定器飞轮，结果这消除了给致动器供应外部动力以运行所述系统的要求，这是有利的。因此，进动控制扭矩可以是抵抗性控制扭矩，从而致动器不给飞轮提供绕进动轴的动力。或者，对控制信号做出响应以将进动控制扭矩施加到回转稳定器飞轮的致动器提供作用为仅反抗飞轮的被引起的进动运动的进动轴阻尼控制信号。或者或此外，控制信号可以是飞轮进动轴抵抗性增益，所述增益逐渐减少以允许飞轮在不超过预定的最大进动角范围的情况下尽可能多地扩大被引起的进动。或者，可以施加驱动的进动控制扭矩。通常，所述控制装置采用自动增益控制器(AGC)。自动增益控制器可以与进动率限制控制器和/或进动角限制控制器串联(或并联)工作。优选地，自动增益控制具有进动制动增益系数，进动制动增益系数(连续的或逐渐的)斜降以使回转稳定器飞轮在预定的进动角范围内尽可能多地扩大进动。优选地，当可以估计到导出的过程控制变量(基于进动角和/或其导数(derivatives))会超出预定的界限时，自动增益控制以一定数量或与估计的过冲量成比例的数量逐步增加增益，以给回转稳定器飞轮进动轴提供增加的制动进动控制扭矩，旨在防止超出限定的进动角界限。控制系统可运行所述导出的过程控制变量的预测模型，以允许自动增益控制增益基于估计的导出过程变量的未来状态而变化。进动角限制控制功能可与自动增益控制串联或并联运行以防止进动角超出预定的界限。或者或此外，进动率限制控制功能可与自动增益控制串联或并联运行以防止进动率超出预定的界限。优选地，在自动增益控制使增益增加后，会再次逐渐斜降增益以允许回转稳定器飞轮再次尽可能多地扩大进动角。第一感测装置可以感测进动角。控制装置可以估计进动率和/或加速度作为额外的过程控制变量。或者或此外，控制系统还包括用于感测作为额外的过程控制变量的进动率的装置。如果提供用于感测进动率的装置，那么在第一感测装置发生故障的情况下，控制装置可以使用感测的进动率以估计进动角，估计的进动角代替感测的进动角。根据本专利技术的第二方面，提供了一种回转稳定器控制方法，用于使由产生横摇运动的激振力引起的海船运动稳定，所述控制方法包括感测回转稳定器的飞轮的进动；产生控制信号以增加回转稳定器飞轮的进动，直到基于感测的进动可以估计到进动会超过预定的界限；以及 响应于控制信号而将进动控制扭矩施加到回转稳定器飞轮，由此，在使用中，可以 获得仅基于回转稳定器飞轮的进动而对船舶运动的自适应控制。施加进动控制扭矩的步骤包括提供进动轴制动扭矩。在该情况下,相对于进动轴没有供应任何动力。产生控制信号的步骤可采用自动增益控制(AGC)，自动增益控制以增益系数操作，所述增益系数逐渐减小以允许飞轮在预定的进动角范围内尽可能多扩大被引起的进动。自动增益控制包括该步骤增加所述(阻尼)增益系数，当导出的过程变量(可以是进动角和/或进动率的函数)超出预定的界限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD斯坦曼，T佩雷斯，
申请(专利权)人：维姆有限责任公司，
类型：
国别省市：