[發明專利]一種智能舵系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201110097927.8
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102323820A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 崔健;楊松林;吳巍;袁敬平;趙南;陳鵬
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于船舶操縱系統控制技術領域，特別是涉及一種新型智能舵系統及其控制方法，旨在通過該智能裝置安裝在船舶上以實現船舶的智能操舵功能。

背景技術

隨著科學技術的發展和船舶行業的突飛猛進，有關船舶自動舵系統設計方面也有了一些成就。目前由季本山、龔少軍、顧益民發明的一種自動舵數字化電氣控制系統(申請專利號：200920072342.9)。其系統主要包括可編程控制器，絕對式光電旋轉編碼器，所述的自動舵數字化控制系統以絕對式光電旋轉編碼器和可編程控制器為核心，電羅經的航向反饋信號由電羅經的航向輸出接口輸入可編程控制器，其他輸入可編程控制器的信號均采用開關量，舵角的整定、舵角反饋采用絕對式光電旋轉編碼器。

此外還有由易建強、趙冬斌、程金發明的一種自動舵航向控制系統及其方法(專利號：200410101876.1)。系統包括四部分：第一部分有偏航效應、航向角補償、虛擬目標航向等功能裝置；第二部分有航向偏差裝置和航向控制裝置；第三部分有舵角指令自調節裝置、船速檢測裝置和操舵裝置；第四部分有顯示器裝置和安全信號箱裝置。其實現的方法包括：航向角的補償指令；求出航向偏差值；舵角指令自調節；計算船舶的實際航速；舵角控制指令進行調節；舵角值上傳給船橋系統；將船舶裝置的實際航向角調整到與目標航向一致；并將各種報警信號發給顯示器裝置；在顯示器上實時顯示更新這些信息，并在發生故障時進行報警。

由此可見目前有關舵控制及其系統方面的發明專利，絕大多數涉及的是單一舵系統自動控制而沒有實現整個舵系統的完全自主控制，同時其描述的系統和方法均沒有涉及到船舶的推進系統，均將舵控制與船舶推進控制分離開。然而真正意義上的智能舵需要將船舶舵系統的控制與船舶推進系統的控制緊密結合，從而在實現舵系統的自主控制同時更進一步地解決了船舶無人駕駛中有關操縱問題。因而一種智能舵的發明將較好地解決這一系列問題，為實現船舶無人駕駛提供更加可靠的技術。

發明內容

本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種實現船舶操縱系統的智能控制，提供了一種基于可編程自動控制器的智能舵系統及其控制方法。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明一種智能舵系統，包括可編程自動控制器、組合導航器、推進系統裝置、操縱系統裝置、應急操作裝置，其中組合導航器由GPS導航儀和三維電子羅盤構成，推進系統裝置由無刷直流電機依次串接無刷直流電機控制器、第一傳動裝置和螺旋槳組構成，操縱系統裝置由頻率轉換器依次串接步進電機控制器、步進電機、第二傳動裝置和舵系統構成，應急操作裝置包括主機轉速控制器與繼電器，GPS導航儀、三維電子羅盤、主機轉速控制器與繼電器的輸出端分別接可編程自動控制器的輸入端，可編程自動控制器的輸出端分別接無刷直流電機控制器和頻率轉換器的輸入端。

一種智能舵系統的控制方法包括如下步驟：

(1)利用安裝在船體上的GPS導航儀和三維電子羅盤組合導航器檢測到的船舶實際位置與航向；

(2)可編程自動控制器對步驟(1)所述的船舶實際位置與航向進行字符轉換和提取，然后進行位置核算、航向處理、偏航角計算；

(3)計算船舶的偏航距d和偏航角ψ：以船舶實際位置坐標距預定航線的距離為偏航距其中X₀，Y₀為船舶實際位置高斯坐標，fX+gY+k＝0為船舶設計航線，其中X、Y為設計階段的船舶位置高斯坐標，f、g、k為船舶設計航線方程的系數且f、g不為零，船舶處在預定航線右側為正，以船舶實際航線與預定航線的夾角為偏航角Ψ＝|Ψ_s-Ψ₀|，其中Ψ_s為船舶預定航線的航向角，Ψ₀為船舶實際航的航向角，規定船首偏離預定航線右側的夾角為正；

(4)判斷船舶是否偏航：

①若沒有偏航即位置和航向均在預定航線上：d＝0，ψ＝0，則保持船舶既定航向和航速繼續航行；

②若發生偏航，依據計算結果運用模糊控制理論進行分類討論，優化處理，依據模糊控制表得到三種處理結果分別為單獨進行操舵控制、單獨進行推進控制和操舵與推進同時控制；

③根據模糊控制理論處理得到操舵舵角δ和主機轉速N，由可編程自動控制器分別向無刷直流電機控制器和頻率轉換器發出信號，從而實現舵角δ和航速v的變化；

(5)檢測下一時刻船體的航行狀態，返回到步驟(1)，實現實時的閉環控制。

本發明具有如下有益效果：