专利名称：一种艉轴双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿装置及方法
技术领域：
本发明涉及船舶制造领域，具体涉及艉轴双螺旋·桨电力推进船舶的舵效补偿系统。
背景技术：
电力推进是一种先进的船舶推进方式，是以电动机作为推进动力装置替代常规柴油机推进动力装置驱动螺旋桨，从而实现船舶推进。这种推进方式能够显著提高船舶的技术经济性能，具有节能环保、操纵动力性良好的特点。船舶电力推进的典型结构型式主要有艉轴螺旋桨推进方式和可回转螺旋桨推进方式二种，且多为左右舷螺旋桨对称布置，以提高船舶的操纵性能和动力性能。
对于艉轴螺旋桨推进方式的电力推进船舶，在左右舷螺旋桨对称布置作用下，船舶正常航行时，如果左右舷双桨的转速控制相同，产生的推进力也相同，船舶按给定航向航行。但是，当电力推进系统因某种原因(如设备故障等)而造成左右舷螺旋桨的转速不等时 (出现转速差)，左右舷螺旋桨的推力亦不等(出现推力差)，产生等价偏舵效应，这种偏舵效应所形成的转船力矩将使船舶偏离给定航向，从而影响船舶的安全航行。
通常情况下，为了消除这种因艉轴双桨转速差(推力差)而产生的偏舵效应，须通过操舵装置的人工压舵环节，由人工压舵角来抵消这种偏舵效应，以保证船舶的安全航行。 但是，人工压舵的显著缺点是，等价偏舵效应的判定主要依靠船舶驾驶人员的经验，且当左右舷螺旋桨的转速差(推力差)变化时，需要重设压舵值，给船舶操纵带来了额外负担。发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种艉轴双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿控制装置，通过检测左右舷螺旋桨的转速和船舶航速，实时计算双桨推力差及其等价偏舵值，自动给出合适的舵效补偿量，以替代人工压舵。本发明采用的技术方案如下所述。
一种艉轴双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿控制装置，该装置包含下述模块
输入/输出通道，其用于连接外部信号，信号分别来自操舵手轮的指令舵角δ * ； 经舵效补偿，叠加\后输出给操舵控制系统，作为实际指令舵角(δ'δ'δ,);来自转速传感器的左舷螺旋桨转速信号Ii1 ;来自转速传感器的右舷螺旋桨转速信号η2 ;来自航速传感器的船舶航速信号V ；
补偿运算电路，该电路包括二个运算单兀，分别是左航和右航螺旋奖推力差估算单元、偏舵估算单元和比例限幅单元；推力差估算单元的输入为左右舷螺旋桨的实际转速 H1和η2，输出为左右舷螺旋桨转速不等而造成的推力差Λ P，推力差估算单元输出的推力差为
AP = Kp(nf-n22)(I)
式中Kp为推力差系数；
偏舵估算单元的输入为推力差Λ P和船舶航速V，输出为等价偏舵值
Sd = KdKpinl -n;)v(2)
式中Kd为等价偏舵系数；
比例限幅单元的输出为舵效补偿舵角
权利要求
1.一种艉轴双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿控制装置，该装置包含下述模块输入/输出通道，其用于连接外部信号，信号分别来自操舵手轮的指令舵角S *;经舵效补偿，叠加八后输出给操舵控制系统，作为实际指令舵角S来自转速传感器的左舷螺旋桨转速信号Ii1 ;来自转速传感器的右舷螺旋桨转速信号n2 ;来自航速传感器的船舶航速信号V ;补偿运算电路，该电路包括三个运算单元，分别是左舷和右舷螺旋桨推力差估算单元、 偏舵估算单元和比例限幅单元；推力差估算单元的输入为左右舷螺旋桨的实际转速H1和 n2，输出为左右舷螺旋桨转速不等而造成的推力差Λ P，推力差估算单元输出的推力差为 AP ^ KpQi; -H22)⑴式中Kp为推力差系数；偏舵估算单元的输入为推力差△ P和船舶航速V，输出为等价偏ffC值 Sd= KdKP(n^-m)v(2)式中Kd为等价偏舵系数；比例限幅单元的输出为舵效补偿舵角式中Ks为舵效系数，可通过设定面板的比例增益旋钮调节其大小；AS为最大补偿量限制值，通过设定面板的最大补偿量旋钮调节其大小；设定面板用于舵效补偿切换以及控制参数的设定，包括补偿切换开关当补偿切换开关在“I”位置时，切除舵效补偿；在“2”位置时，接通补偿运算电路，实现自动舵效补偿；在 “3”位置时，接通手动舵效补偿环节；手动补偿设定旋钮通过电位器调整，人工设定舵效补偿量Sb=Sh;比例增益调节旋钮通过电位器调整，调节公式(3)中的Ks，实现舵效补偿舵角的比例增益调节；最大补偿量限制旋钮通过电位器通啊胖子节鞒，调节公式(3)中的As，实现最大舵效补偿舵角的限制。
2.如权利要求1所述的舵效补偿控制装置，其特征在于，所述的比例限幅单元中，当 KsKdKp{n] -> 4s时，取 δ b=A s。
3.—种如权利要求1所述的舵效补偿控制装置的舵效补偿控制方法，其特征在于，通过检测左右舷螺旋桨的转速H1和H2以及船舶航速V，实时计算出左右舷螺旋桨的推力差 ΛΡ及其等价偏舵值Sd，自动给出合适的舵效补偿量Sb，将此舵效补偿量Sb叠加到指令舵角上，得到的δ #= δ δ b作为实际的指令舵角输出给操舵系统，从而使操舵系统的舵角控制给出的操舵信号中包含了抵消双桨转速差造成的偏舵效应。
全文摘要
本发明提供一种艉轴双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿控制装置，通过检测左右舷螺旋桨的转速和船舶航速，实时计算双桨推力差及其等价偏舵值，自动给出合适的舵效补偿量，以替代人工压舵。本发明还提供一种舵效补偿控制方法。本发明的舵效补偿控制装置结构简单，能方便地与现有各种类型的船舶操舵系统连接。
文档编号B63H25/00GK102991662SQ20121056763
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者顾伟, 牛王强, 周贤文, 刘昭, 张燕, 莫剑冬 申请人:上海海事大学