[發(fā)明專利]一種無機械制動變頻控制船舶舵機驅(qū)動裝置及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410094241.7
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103935504A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣慧略;牟華;劉波;華志勵;曹松榮;張照文;周忠海
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: B63H25/24
• 分類號: B63H25/24;H02P27/04;H02P5/74
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變頻控制船舶舵機裝置，尤其是一種能夠簡化舵機機構(gòu)、減小裝置的體積且節(jié)約能源的無機械制動變頻控制船舶舵機驅(qū)動裝置及控制方法。?

背景技術(shù)

船舶舵機為隨動機構(gòu)，它的狀態(tài)分兩種：其一，當(dāng)其未轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置時，將全速向目標(biāo)位置移動。其二，當(dāng)其達(dá)到目標(biāo)位置時，將自動保持該位置?，F(xiàn)在常用的船舶電動舵機都能很好的滿足第一種狀態(tài)，對第二種狀態(tài)基本上都是通過機械抱閘來實現(xiàn)。由于航行過程中，水況復(fù)雜，尤其在海洋中，水況更加復(fù)雜多變，機械抱閘不能長時間保持住，會有緩慢的漂移，導(dǎo)致船舶遠(yuǎn)洋航行時慢慢偏離航向?，F(xiàn)在的解決辦法大都是通過上位控制算法糾正這種偏差，對操舵控制器要求高，且需要頻繁的啟動關(guān)閉抱閘機構(gòu)。?

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)電動舵機存在的上述缺點，本發(fā)明旨在提供一種能夠簡化舵機機構(gòu)、減小裝置的體積且節(jié)約能源的無機械制動變頻控制船舶舵機驅(qū)動裝置及控制方法。?

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種無機械制動變頻控制船舶舵機驅(qū)動裝置，其特征是由變頻器(1)、力矩傳感器(3)、舵機機械裝置(4)、變頻電機(5)組成，其中，所述變頻器（1）與變頻電機(5)連接，變頻器（1）還通過力矩傳感器(3)與舵機機械裝置(4)連接；所述變頻器（1）上設(shè)置有轉(zhuǎn)矩給定信號端口(2)、Profibus-DP總線信號端口?(6)和直接I/O信號端口(7)?。?

還設(shè)置有測速編碼器(11)，變頻器（1）通過測速編碼器(11)與變頻電機(5)連接。?

還設(shè)置有輔變頻器(8)、輔變頻電機(9)和模擬信號分線器(10)；所述輔助輔變頻器(8)與輔變頻電機(9)連接，所述輔助輔變頻器(8)通過模擬信號分線器(10)與力矩傳感器(3)連接。?

一種無機械制動變頻控制船舶舵機驅(qū)動裝置的控制方法，其特征是包括下列步驟：在舵機未達(dá)到目標(biāo)位置時，變頻器以適當(dāng)速度驅(qū)動電機，使之達(dá)到目標(biāo)位置，變頻器調(diào)速模式可以采用速度控制，也可以采用直接轉(zhuǎn)矩控制；在舵機達(dá)到目標(biāo)位置時，變頻器驅(qū)動變頻電機，輸出速度始終為零，輸出轉(zhuǎn)矩與舵機受水作用力矩大小相等，方向相反，且根據(jù)舵機受水作用力矩的變化而跟隨變化。?

變頻器控制方式采用Profibus-DP總線控制和直接I/O控制混合控制方式，通過Profibus-DP總線實時給定轉(zhuǎn)矩大小和速度限制值，通過直接I/O給定啟動、方向等控制信號。?

變頻器制動方式采用能量回饋制動方式，制動能量直接回饋到電網(wǎng)。?

本發(fā)明硬件由高性能船用變頻器、變頻電機、舵機機械裝置、力矩傳感器組成。舵機機械裝置和變頻電機之間的連接必須為硬鏈接。?

變頻器控制采用Profibus-DP總線控制和直接I/O混合控制方式，系統(tǒng)啟動停止信號采用直接I/O信號，力矩給定信號采用標(biāo)準(zhǔn)模擬量4-20mA信號，速度給定信號通過Profibus-DP總線給定，保證控制的可靠性。變頻器調(diào)速模式采用直接轉(zhuǎn)矩控制，調(diào)速性能優(yōu)越，當(dāng)負(fù)載突然變化時，例如，當(dāng)舵葉碰到急浪或冰塊的沖擊，力矩保持不變，由于負(fù)載慣性，速度也不會發(fā)生突變，從而減小對電機和機械裝置的沖擊。變頻器制動方式采用能量回饋制動方式，不采用需要外接電阻箱的能耗制動，可以減小裝置的體積，且反饋回的能量可以用在其它用電設(shè)備上，節(jié)約能源。?

在航行過程中，通過來自于控制器的直接I/O控制信號，變頻器始終處于運行狀態(tài)。當(dāng)舵機未達(dá)到目標(biāo)位置時，來自于控制器的Profibus-DP總線控制信號給定最高限制速度值，變頻器轉(zhuǎn)矩控制信號也來自操舵控制器，使舵機盡快達(dá)到目標(biāo)位置。當(dāng)舵機達(dá)到目標(biāo)位置時，來自于控制器的Profibus-DP總線控制信號給定零速速度值，變頻器轉(zhuǎn)矩控制信號來自力矩傳感器，方向和力矩傳感器所受力矩方向相反，變頻器實時輸出一個和舵機所受力矩大小相等、方向相反的力矩，但是旋轉(zhuǎn)速度保持為零，舵受力保持平衡，從而使舵保持在目標(biāo)位置。?

本發(fā)明不需要復(fù)雜的操舵控制器，不需要機械抱閘機構(gòu)，就既能在舵機未轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置時，將全速向目標(biāo)位置移動，又能夠在舵機達(dá)到目標(biāo)位置時，自動保持該位置，大大簡化了舵機機構(gòu)。?

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的電路原理圖。?

圖2是本發(fā)明實施例2的電路原理圖。?

圖3是本發(fā)明實施例3的電路原理圖。?

具體實施方式

實施例1：