[發明專利]一種船舶動力定位吊艙推進控制實驗系統及方法

在審

• 申請號: 202010770847.3
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111762299A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 姚文龍;龐震;池榮虎;邵巍;李博洋
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B63B71/10
• 分類號: B63B71/10
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

本發明公開了一種船舶動力定位吊艙推進控制實驗系統及方法，主要包括集控臺、Simotion控制系統、PLC控制系統、dSPACE系統、轉舵機構、推進電機、模擬負載電機和變頻器等。集控臺輸出控制信號，可進行Simotion控制和PLC控制兩套控制系統的船舶動力定位吊艙推進的實驗模擬。利用dSPACE系統，建立吊艙推進電機控制系統原型，通過帶負載轉矩擾動觀測器的無模型自適應算法，提高了調速控制精度。采用左右雙吊艙協同推進的吊艙推進單元，轉舵機構控制吊艙360度可回轉，負載電機模擬洋流負載。本發明既能對Simotion控制和PLC控制兩種控制系統進行充分的驗證分析，又可以通過dSPACE研究先進控制算法的有效性，這對于提高船舶航行中的安全性、控制運行精度和穩定性有重要意義。

技術領域

本發明涉及船舶推進控制技術領域，具體地說，涉及一種船舶動力定位吊 艙推進控制實驗系統及方法。

背景技術

在傳統的船舶推進裝置中，大型低速二沖程柴油機作為主動力推進裝置使 用非常廣泛，但也存在著很多問題，比如運行噪聲很大，機艙布置不夠靈活， 效率較低等。另外，近年來地球能源的不斷減少，污染問題嚴重，更加限制了 以大型低速二沖程柴油機為主要推進裝置的傳統船舶發展。

隨著節能減排要求的提高，吊艙式推進系統優于常規機械推進裝置逐漸成 為目前國內外船舶界的研究熱點。它簡化了許多復雜的機械裝置(如離合器、 齒輪箱、中間軸、推力軸等)，比機械系統具有更高可靠性的電氣控制系統，系 統的可靠性得到了極大的提高，具有起動快、反轉快、無級調速、低速穩定等 優良的操縱性能。正是由于吊艙推進器具有這些優點，使其成為船舶領域節能 減排發展的重要研究方向。但是由于吊艙推進器裝置復雜，試驗需要消耗大量 人力物力，且試驗技術和設備不成熟，目前國內大多通過建立吊艙推進船舶的 操縱模型進行運動仿真及操作性能研究，文獻(樸在吉,郭晨.吊艙推進船舶運動 數學模型及其操縱性仿真[J].計算機仿真,2016,33(06):138-142.)研究吊艙推進船舶的操縱性問題，應用MMG建模機理，給出模型中多種流體動力和力矩的合理 計算方法，建立了該吊艙船舶操縱運動的綜合仿真模型；文獻(劉洪梅,許文兵, 陳雄,等.吊艙推進與傳統推進船舶操縱性能對比分析[J].船舶力學,2011,15(05): 463-467.)通過吊艙推進及傳統推進船舶的操縱性能模擬試驗，對兩種推進方式 下的操縱性能進行對比分析；盡管國內外學者進行了大量的建模仿真試驗，但 是，數值方法并不能直觀模擬吊艙推進器的真實情況，與實際試驗設備系統中 進行模擬還存在一定差別，特別在操縱控制性能上，還需要不斷的研究。

在實際應用中，船舶在航海過程中安全尤為重要，目前船舶推進系統大多 采用單一的控制運行方式，在出現故障時，單一控制運行方式檢修困難，將會 帶來很多麻煩甚至引起安全事故，運行效果不穩定且冗余效果差。

發明內容

為了提高船舶航行中的安全性和控制運行穩定性，便于開展船舶動力定位 吊艙推進控制方面的科學研究與實踐教學，更為客觀的對Simotion控制和PLC 控制兩種控制系統實際應用效果進行充分的研究分析，實現理論研究與實際應 用緊密結合相互驗證的目的。本發明提供了一種船舶動力定位吊艙推進控制實 驗系統及方法，所述的推進控制實驗系統對Simotion控制和PLC控制兩種控制 方案進行充分的研究分析，設計了可應用兩套控制方案的船舶動力定位吊艙推 進控制實驗系統，解決現有單一控制系統檢修困難，安全性不足的問題。

同時，本實驗裝置利用dSPACE系統，建立吊艙推進電機控制系統原型， 通過帶負載轉矩擾動觀測器的無模型自適應控制方法，提高調速控制精度，并 提供了一種滿足應用需求的雙吊艙推進系統，可實現靈活高效的船舶控制模擬； 負載電機模擬海洋工況，更好的驗證推進電機實際控制性能，對于提高船舶航 行中的安全性、控制運行精度和穩定性有重要意義。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案予以實現：