[發(fā)明專(zhuān)利]一種船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010770847.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111762299A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚文龍;龐震;池榮虎;邵巍;李博洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B63B71/10
• 分類(lèi)號(hào): B63B71/10
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

1.一種船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，其特征在于：

所述吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括集控臺(tái)、Simotion控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、dSPACE系統(tǒng)、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、推進(jìn)電機(jī)、模擬負(fù)載電機(jī)和變頻器等；

所述集控臺(tái)輸出控制信號(hào)，可進(jìn)行兩套控制系統(tǒng)的船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，其中，Simotion控制系統(tǒng)中，D445、VECTOR和PM340為主要功能模塊，D445是吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心，VECTOR和PM340為吊艙推進(jìn)器的電機(jī)控制模塊；PLC控制系統(tǒng)中，CPU314C-2DP為控制單元，連接變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制；

本實(shí)驗(yàn)裝置利用dSPACE系統(tǒng)，建立吊艙推進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原型，通過(guò)帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制方法，提高調(diào)速控制精度；同時(shí)，采用左右雙吊艙協(xié)同推進(jìn)的吊艙推進(jìn)單元，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)控制吊艙360度可回轉(zhuǎn)；負(fù)載電機(jī)外加在吊艙推進(jìn)器外部，采用一種伺服加載電機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器與推進(jìn)器尾端相連接，控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，來(lái)模擬海洋工況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝設(shè)Simotion控制和PLC控制兩套控制系統(tǒng)，主要功能模塊有：

在Simotion控制系統(tǒng)中，模塊SITOP是電源模塊，為系統(tǒng)提供電源；D445為吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心；ALM為電源調(diào)節(jié)模塊，可將電源功率反饋給供電系統(tǒng)；VECTOR和PM340為吊艙推進(jìn)器的電機(jī)控制模塊；

在PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，PS-307是電源模塊，為系統(tǒng)提供電源；CPU314C-2DP為控制單元；Signal代表了數(shù)字量輸入信號(hào)模塊(DI)、數(shù)字輸出信號(hào)模塊(DO)、模擬量輸入信號(hào)模塊(AI)、模擬量輸出模塊(AO)；CP343-1是以太網(wǎng)通訊模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述雙控制系統(tǒng)中，Simotion控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)都可獨(dú)立進(jìn)行轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和負(fù)載電機(jī)的控制，在船舶航行過(guò)程中，其中一種控制方案出現(xiàn)故障，可采用另一種控制方案進(jìn)行控制，同時(shí)預(yù)留出對(duì)出現(xiàn)故障的控制方案維修檢測(cè)的時(shí)間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制回路由Scout設(shè)計(jì)，在集控臺(tái)上實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過(guò)面板操作和鼠標(biāo)操作，輸入控制量，輸出控制信號(hào)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述推進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及流程主要包括：

集控臺(tái)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)分別與Simotion控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)建立連接，輸出控制信號(hào)，并接收傳感器數(shù)據(jù)；

所述Simotion控制系統(tǒng)通過(guò)Profibus總線，與該控制系統(tǒng)中的各單元連接，所述控制單元控制轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和模擬負(fù)載電機(jī)運(yùn)行，最終控制吊艙推進(jìn)的模擬仿真；所述PLC控制系統(tǒng)通過(guò)PLC總線，與該控制系統(tǒng)的各單元連接，通過(guò)Profibus總線發(fā)送控制字控制變頻器，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和模擬負(fù)載電機(jī)，實(shí)現(xiàn)吊艙推進(jìn)的模擬仿真；

對(duì)于所述的Simotion控制系統(tǒng)，在進(jìn)行船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)所述Scout設(shè)計(jì)控制回路，將控制信號(hào)傳到D445運(yùn)動(dòng)控制中心，其中包括轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向信號(hào)和負(fù)載電機(jī)的模擬負(fù)載力矩，計(jì)算所需的電動(dòng)機(jī)電流以給定模擬仿真所需的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)控制船舶吊艙360度可回轉(zhuǎn)；外加在吊艙推進(jìn)器外部的負(fù)載電機(jī)聯(lián)軸器與推進(jìn)電機(jī)尾端相連接，通過(guò)控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，來(lái)達(dá)到模擬海洋工況的效果；

對(duì)于所述的PLC控制系統(tǒng)，在進(jìn)行船舶動(dòng)力定位吊艙推進(jìn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)所述Scout設(shè)計(jì)控制回路，將控制信號(hào)傳到CPU314C-2DP控制單元，該控制單元再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)各單元進(jìn)行信號(hào)傳輸，發(fā)送控制字控制變頻器，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和模擬負(fù)載電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊艙推進(jìn)器的模擬仿真實(shí)驗(yàn)。