[發明專利]一種吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置

有效

• 申請號: 201610203574.8
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105752308B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 丁江明;胡灝天;戴敬;朱建超;李屺楠
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B63H25/02
• 分類號: B63H25/02;B63H25/42;B63H20/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

1.一種吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征是由單手柄操控器、吊艙推進器、側向推進器、吊艙控制系統組成，其中：單手柄操控器安裝在船舶駕控臺上，吊艙推進器安裝在船舶底部，側向推進器安裝在船艏隧道中，吊艙控制系統裝在船艙內部；單手柄操控器通過無線信號和吊艙控制系統連接，吊艙推進器和側向推進器通過信號線和吊艙控制系統連接；

單手柄操控器設有手柄搖桿(3)和調整旋鈕(4)，手柄搖桿(3)輸出物理量有方向角、幅度角，其中方向角確定船體的運動方向，幅度角確定船體的運動速度；調整旋鈕(4)輸出物理量有旋鈕角，該旋鈕角確定船艏部的航向；方向角、幅度角和旋鈕角均為吊艙推進船舶的控制數據。

2.根據權利要求1所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的單手柄操控器，其由底座(1)、密封套筒(2)、手柄搖桿(3)、調整旋鈕(4)組成，其中：底座(1)固定在駕駛控制臺上；手柄搖桿(3)與底座(1)相連，連接處裝有密封套筒(2)；調整旋鈕(4)裝在手柄搖桿(3)的上端。

3.根據權利要求1所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的吊艙推進器懸掛于船舶底部，其由殼體、全回轉工作臺(6)、吊艙推進器無刷電機(7)、轉軸(8)和吊艙推進器螺旋槳(9)組成，其中：殼體的頂端安裝能夠在0～360°范圍旋轉的全回轉工作臺(6)；吊艙推進器無刷電機(7)裝在殼體的內部，其通過轉軸(8)與吊艙推進器螺旋槳(9)相連。

4.根據權利要求1所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的側向推進器，懸掛于船首的隧道中，該側向推進器由殼體、側向推進器無刷電機(11)、轉軸(12)和側向推進器螺旋槳(13)組成，其中：側向推進器無刷電機(11)裝在殼體的內部，其通過轉軸(12)與側向推進器螺旋槳(13)相連。

5.根據權利要求1所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的吊艙控制系統，主要由MCU、無線傳輸模塊U1，步進電機驅動器、步進電機、直流無刷電機驅動器、直流無刷電機組成，其中：無線接收模塊與MCU的輸入IO端口連接，步進電機驅動器與MCU的輸出IO端口連接，步進電機與步進電機驅動器連接，直流無刷電機驅動器與MCU的輸出IO端口連接，直流無刷電機與直流無刷電機驅動器連接。

6.根據權利要求5所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的吊艙控制系統，還設有晶體管陣列U2和電機驅動器U3，其作用一方面是將單片機的輸出電流放大以使直流無刷電機工作，另一方面是續流，消耗電機產生的感應電流，防止損壞電路。

7.根據權利要求5所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的MCU采用型號為AT89C51的單片機IC1。

8.根據權利要求1所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于所述的無線傳輸模塊U1采用型號為ESP8266，當其接收到控制數據時，將數據傳輸到單片機IC1，單片機依據所得數據進行決策。

9.根據權利要求1所述的吊艙推進船舶機動操縱矢量控制裝置，其特征在于建立了吊艙推進船舶機動操縱矢量控制的物理模型，以實現船舶矢量控制功能和提高船舶的操縱性，所述物理模型是基于偽逆法的吊艙推進器智能控制算法：

minf(T)＝T^TWT/目標函數

s.t.h_1(x)＝U-BT/等式約束

式中：T為推進器推力分配矩陣；W為推進器權值矩陣，表示各個推進器軸向推力的權重系數；U為船體運動矢量矩陣；B為參數配置矩陣；

定義拉格朗日函數：L(a,T)＝T^TWT+a(U-BT)，其中a為拉格朗日乘子。