[發(fā)明專利]一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810310016.0
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108490944B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向倫凱;楊詠林;蔣云;李曉;葉艷軍
• 申請（專利權(quán)）人: 四方繼保（武漢）軟件有限公司;北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;B63H11/04;B63H25/46;G05D1/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發(fā)明公開了一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括雙動力推進(jìn)集成單元和矢量控制單元；雙動力推進(jìn)集成單元用于伺服控制雙噴水推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)對船體的轉(zhuǎn)向以及前進(jìn)后退檔位的控制，雙動力推進(jìn)集成單元還用于控制雙柴油機(jī)的油門啟停，實(shí)現(xiàn)對船體的啟停以及航速的控制；矢量控制單元包括組合慣性導(dǎo)航設(shè)備和矢量控制器，其中，組合慣性導(dǎo)航設(shè)備用于實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視船體的姿態(tài)和位置，矢量控制器用于根據(jù)船體的載荷分布情況以及推進(jìn)特性曲線估算初始的動力配置參數(shù)，并根據(jù)組合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)船體的姿態(tài)和位置，實(shí)現(xiàn)包括船體指定方向平移、原地旋轉(zhuǎn)、定點(diǎn)鎮(zhèn)定的柔性動作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人艇技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，實(shí)現(xiàn)船艇多樣靈活的運(yùn)動方式，包括采用360度吊艙或者側(cè)推的集成動力實(shí)現(xiàn)方案，但其硬件需求成本卻較高。噴水推進(jìn)器以其高效的推進(jìn)效率在高速船艇上獲得了廣泛的應(yīng)用，相對于使用螺旋槳的推進(jìn)設(shè)備，噴水推進(jìn)器噪聲更小，適用水面更淺，因此，利用噴水推進(jìn)器本身具有的矢量控制特性開發(fā)高性能的控制軟件，用于實(shí)現(xiàn)船艇多樣靈活的運(yùn)動方式，具有更大的吸引力。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)枮镃N201510096066的專利提供了一種通過兩個(gè)手柄反復(fù)調(diào)節(jié)噴水動力變量的方案，在這種方案中，手柄終端用于船員操作，可實(shí)現(xiàn)船艇跟隨操縱手柄的運(yùn)動方向和運(yùn)動幅度做相應(yīng)運(yùn)動的矢量控制，操縱者通過觀察船體姿態(tài)使用手柄反復(fù)修正當(dāng)前姿態(tài)和位置，但是這種方法不能實(shí)現(xiàn)較好精度的姿態(tài)和速度控制，尤其在有風(fēng)浪干擾時(shí)可行性不高。本發(fā)明提供一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)及方法，從根本上解放了人工繁瑣修正的工作，可按照指令閉環(huán)自動修正，從而保證矢量控制器完成高精度的姿態(tài)、速度和位置控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)及方法，從而實(shí)現(xiàn)船體的指定方向平移、原地旋轉(zhuǎn)、定點(diǎn)鎮(zhèn)定等柔性動作，已經(jīng)成功的應(yīng)用和實(shí)施到實(shí)際船體中。

本發(fā)明提供一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)，其包括雙動力推進(jìn)集成單元和矢量控制單元；所述雙動力推進(jìn)集成單元用于伺服控制雙噴水推進(jìn)器，實(shí)現(xiàn)對船體的轉(zhuǎn)向以及前進(jìn)后退檔位的控制，所述雙動力推進(jìn)集成單元還用于控制雙柴油機(jī)的油門啟停，實(shí)現(xiàn)對船體的啟停以及航速的控制；所述矢量控制單元包括組合慣性導(dǎo)航設(shè)備和矢量控制器，其中，所述組合慣性導(dǎo)航設(shè)備用于實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視船體的姿態(tài)和位置，所述矢量控制器用于根據(jù)船體的載荷分布情況以及推進(jìn)特性曲線估算初始的動力配置參數(shù)，并根據(jù)組合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)船體的姿態(tài)和位置，實(shí)現(xiàn)包括船體指定方向平移、原地旋轉(zhuǎn)、定點(diǎn)鎮(zhèn)定的柔性動作。

本發(fā)明還提供一種基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制方法，應(yīng)用上述基于噴水推進(jìn)器的船艇矢量控制系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：

步驟S010，通過航行測試確定無人艇重心位置。將換向?qū)Я髌魑恢谜{(diào)至一致，同時(shí)保持雙發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一致，通過對稱改變舵角找到船體按照直線行駛而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的舵角值±δ_G。測試雙噴泵橫向安裝距離記為D，以雙噴泵安裝位置連線為橫坐標(biāo)y軸，中垂線為x軸，于是可以確定重心所在位置如下：

。重心位置的確定只需估計(jì)一次，而不需非常準(zhǔn)確，誤差部分將由后續(xù)伺服系統(tǒng)自動補(bǔ)償。

步驟S020，根據(jù)當(dāng)前換向?qū)Я髌鞯奈恢煤蛧娮斓奈恢?，估?jì)此時(shí)倒車斗的分流系數(shù)和噴嘴的分流系數(shù)。設(shè)定倒車斗完全閉合時(shí)角度γ＝0，完全打開時(shí)角度為γ_max，于是可以估計(jì)流入倒車斗的水量占總吸入水量的比例即倒車斗的分流系數(shù)為

；舵角δ影響兩側(cè)倒車斗的水流分配情況，估計(jì)進(jìn)入右側(cè)倒車斗的水量占進(jìn)入總倒車斗水量比例即噴嘴的分流系數(shù)為