[發明專利]一種無軸推進矢量控制系統

在審

• 申請號: 202110618566.0
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113422547A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳守田;楊葉凡;歐陽武;張彥
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18;H02P21/22;H02P27/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種無軸推進矢量控制系統，包括客戶端交互系統、主控制系統、無軸推進系統：所述客戶端交互系統用于將操作員輸入的指令打包處理發送至主控制系統；所述主控制系統以ESP8266微控制單位為核心搭建，包括PWM驅動單元、舵機供電單元、電機供電單元、反饋單元、系統供電單元和信號整合單元，其作用是將客戶端交互系統發送的信號按照相應的通信協議解析，輸出可控制的電平信號。本發明開發了一套適用于無軸推進系統、協調控制多臺無軸推進系統的矢量控制系統，精準控制兩臺臺或者多臺無軸推進器的工作狀態，確保船舶能夠在駕駛員簡單的操作下便能實現平移運動在內的復雜機動，以提升船舶在復雜水域的機動能力和可操作性。

技術領域

發明屬于船用設備領域，涉及一種推進器控制系統，具體涉及一種無軸推進矢量控制系統。

背景技術

噴水推進船舶具有優異的機動性和操縱性，已有研究表明，使用兩臺無軸推進器的船舶可以實現包括平移運動在內的復雜機動，但傳統無軸推進器操作系統想要實現上述操作需要同時操作操作設備分別控制兩臺噴水推進器的轉速，轉向角和倒車斗收放等多個參數，操作難度大、過程復雜，同時在復雜水域緊急情況下容易發生操作失敗。

具有全回轉功能無軸推進器能夠使船舶僅使用一臺無軸推進器便可完成使用兩臺噴水推進器才能完成的復雜機動動作，但目前市場上并未有相關控制系統能解決無軸推進器多機協同工作的控制問題。

發明內容

本發明要解決的問題在于針對上述無軸推進器缺乏多機協同國內工作控制系統的問題設計了一種無軸推進器矢量控制系統。該系統通過搭建控制系統硬件，搭載自研控制系統算法，精準控制兩臺臺或者多臺無軸推進器的工作狀態，確保船舶能夠在駕駛員簡單的操作下便能實現平移運動在內的復雜機動，以提升船舶在復雜水域的機動能力和可操作性。

本發明為解決上述提出的技術問題所采用的技術方案為：

一種無軸推進矢量控制系統，包括客戶端交互系統、主控制系統和無軸推進系統：其特征在于：所述客戶端交互系統與主控制系統通過無線連接通信，接收客戶端交互系統的指令信號，所述主控制系統與無軸推進系統由電源線和信號線連接，所述主控制系統通過電源線和信號線提供電能和發送信號到無軸推進系統，以控制無軸推進系統的工作狀態，所述無軸推進系統包括至少兩臺具有全回轉功能的無軸推進器。

進一步地，所述主控制系統是以ESP8266微控制器為核心，包含PWM驅動單元、舵機供電單元、電機供電單元、反饋單元、系統供電單元和信號整合單元搭建的高集成度的實時在線控制系統，主控制系統由ESP8266微控制單元接受信號處理信號，并控制PWM驅動單元、舵機供電單元、電機供電單元產生相應的電流和電平信號，經由信號整合單元傳遞至無軸推進系統，從而控制無軸推進系統的工作狀態。

進一步地，所述主控制系統接收到客戶端交互系統發送的指令后，將指令分為方向變化指令和航速變化指令兩部分，方向變化指令和航速變化指令經過主控制系統處理后分別控制兩個無軸推進器的工作狀態。

進一步地，所述航速變化指令經主控制系統先計算出無軸推進器推力期望，再跟進無軸推進器推力期望分別計算出兩個無軸推進器的電機轉速，電機轉速通過信號線傳輸給無軸推進系統，控制相應的無軸推進器的電機，從而改變無軸推進器產生的推力使船舶航速發生改變，船舶航速反饋到主控制系統，進而實時更新航速變化指令，形成閉環。

進一步地，所述方向變化指令經主控制系統先計算出舵角，再分別計算兩個無軸推進器的回轉角，通過控制兩個無軸推進器的回轉角回轉角度來控制無軸推進系統的方向，船舶的方向變化反饋到主控制系統，進而實時更新方向變化指令，形成閉環。

進一步地，船舶的方向變化反饋的具體方式為：通過角度傳感器實時讀取每個無軸推進器旋轉角度并反饋給反饋單元的控制電路，反饋單元的控制電路根據目標值與當前反饋值生成控制信號控制驅動無軸推進器的回轉電機，使無軸推進器快速旋轉到目標角度。