[發(fā)明專利]一種用于噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)的單手柄矢量控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210161550.6
• 申請(qǐng)日: 2022-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN114545823B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁江明;王博;趙文博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王杰

本發(fā)明涉及一種用于噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)的單手柄矢量控制系統(tǒng)，單手柄操縱器安裝在船模駕駛臺(tái)，發(fā)出合力信號(hào)；液壓執(zhí)行單元包括與噴水推進(jìn)裝置對(duì)應(yīng)數(shù)量的液壓缸，液壓缸與倒車斗連接；電控執(zhí)行單元包括與噴水推進(jìn)裝置對(duì)應(yīng)數(shù)量的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接，伺服電機(jī)與主推軸連接；上位機(jī)獲取單手柄操縱器的信號(hào)經(jīng)過矢量控制算法處理為多臺(tái)噴水推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)向、倒車及轉(zhuǎn)速參數(shù)信號(hào)，將處理后的信號(hào)下發(fā)；伺服電機(jī)控制主機(jī)轉(zhuǎn)速，下位機(jī)獲取信號(hào)后傳達(dá)給液壓執(zhí)行單元和步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而分別控制倒車斗和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角度。本發(fā)明僅需一個(gè)單手柄操縱器可實(shí)現(xiàn)對(duì)噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)方向和速度的聯(lián)合控制，從而實(shí)現(xiàn)船模運(yùn)動(dòng)的矢量控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶操縱性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)的單手柄矢量控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

噴水推進(jìn)裝置有別于一般的螺旋槳推進(jìn)方式，噴水推進(jìn)是裝在船上的水泵將水向后噴出，利用反推力使艦船按照要求運(yùn)動(dòng)。相比于螺旋槳推進(jìn)，噴水推進(jìn)裝置有優(yōu)異的機(jī)動(dòng)性能和操縱性能，較高的推進(jìn)效率，傳動(dòng)簡單，便于日常維護(hù)和保養(yǎng)。

目前噴水推進(jìn)船舶還是多采用舵輪和主機(jī)控制手柄等傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較難實(shí)現(xiàn)船舶復(fù)雜運(yùn)動(dòng)簡單操縱的效果。國外例如Hamilton等噴水推進(jìn)裝置制造商已開展矢量控制方面的研究，但是核心技術(shù)并未公開。噴水推進(jìn)方式相比于螺旋槳和吊艙推進(jìn)方式控制參數(shù)多，對(duì)于裝有N套噴水推進(jìn)裝置的船舶需要同步控制3N個(gè)參數(shù)，控制難度較大。因此針對(duì)噴水推進(jìn)船模在平移、繞點(diǎn)運(yùn)動(dòng)等低速工況下，國內(nèi)并沒有完整設(shè)計(jì)一套適用于噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)的單手柄矢量控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)的單手柄矢量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅需要一個(gè)單手柄操縱器發(fā)出合力/力矩信號(hào)，通過矢量控制算法為多套噴水推進(jìn)裝置分配轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向倒車機(jī)構(gòu)角度，使得噴水推進(jìn)船模可輕易實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜操縱，同時(shí)降低駕駛員的駕駛難度。

本發(fā)明為解決上述提出的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

一種用于噴水推進(jìn)船模航行試驗(yàn)的單手柄矢量控制系統(tǒng)，包括單手柄操縱器、上位機(jī)監(jiān)控單元、下位機(jī)控制單元、液壓執(zhí)行單元、電控執(zhí)行單元；所述單手柄操縱器安裝在船模駕駛臺(tái)，由駕駛員按照需要發(fā)出合力信號(hào)；所述液壓執(zhí)行單元包括與噴水推進(jìn)裝置對(duì)應(yīng)數(shù)量的液壓缸，所述液壓缸與其對(duì)應(yīng)噴水推進(jìn)裝置的倒車斗連接；所述電控執(zhí)行單元包括與噴水推進(jìn)裝置對(duì)應(yīng)數(shù)量的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，其中，所述步進(jìn)電機(jī)與其對(duì)應(yīng)噴水推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接，所述伺服電機(jī)與其對(duì)應(yīng)噴水推進(jìn)裝置的主推軸連接；上位機(jī)獲取單手柄操縱器的實(shí)時(shí)信號(hào)并經(jīng)過矢量控制算法將手柄信號(hào)處理為多臺(tái)噴水推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)向、倒車及轉(zhuǎn)速參數(shù)信號(hào)，并將處理后的信號(hào)下發(fā)給下位機(jī)、液壓執(zhí)行單元、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)；伺服電機(jī)控制主機(jī)轉(zhuǎn)速，下位機(jī)獲取信號(hào)后傳達(dá)給液壓執(zhí)行單元和步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而分別控制倒車斗和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角度。

上述方案中，所述噴水推進(jìn)裝置的數(shù)量至少為兩個(gè)。

上述方案中，所述單手柄操縱器包括方向搖桿、方向旋鈕、防水復(fù)位按鈕和數(shù)據(jù)傳輸接口；所述方向搖桿的操縱范圍是360°，在每一操縱方向下的操縱幅度最大為25°，搖桿的方向即為船模合力方向，搖桿的幅度即為該合力大小；所述方向旋鈕的范圍為±36°，旋鈕方向即為船模的轉(zhuǎn)向信號(hào)；所述防水復(fù)位按鈕的作用是航行狀態(tài)遇突發(fā)情況下，按下該按鈕可讓船模航速為0，同時(shí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與倒車斗角度復(fù)位到起始狀態(tài)；所述數(shù)據(jù)傳輸接口與上位機(jī)連接，發(fā)送當(dāng)前船模速度與方向信息。

上述方案中，所述方向搖桿安裝在船模駕駛臺(tái)，所述方向旋鈕位于方向搖桿的上方，所述防水復(fù)位按鈕位于手柄操縱桿的正上方，所述數(shù)據(jù)傳輸接口安裝在手柄的正下方，數(shù)據(jù)傳輸接口與上位機(jī)的輸入口相連。

上述方案中，所述矢量控制智能算法包括以下步驟：

步驟1、上位機(jī)實(shí)時(shí)獲取單手柄操縱器發(fā)出的船模合力信號(hào)；