专利名称：一种舵桨合一可回转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，具体涉及舵桨合一可回转双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿系统及方法。
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。
对于可回转螺旋桨推进方式的电力推进船舶，取消了常规的舵机系统，通过可回转螺旋桨的回转操纵实现舵桨合一。即通过螺旋桨的水平回转，产生与船舶艏艉线成一定角度的推力，形成一大小可控的舵效(转船力矩)作用于船舶，实现船舶的航向控制。根据船舶流体力学理论，左右舷可回转螺旋桨推力所产生的转船力矩可分为二部分一部分是由螺旋桨推力在船舶艏艉线的垂直分量所产生的转船力矩，这是在船舶正常航行状态下，船舶航向操纵所需的期望舵效。另一部分则是由螺旋桨推力在船舶艏艉线的平行分量所产生的转船力矩。当左右舷螺旋桨转速相等(推力相等)以及回转角相等时，左右舷螺旋桨在船舶艏艉线的平行分量所产生的这种转船力矩相互抵消，不对船舶的航向控制造成影响。但是当左右舷螺旋桨转速不相等(推力不相等)或回转角不相等时，这种转船力矩不能相互抵消，从而对船舶航向控制产生不希望的附加舵效。要消除这种因可回转双螺旋桨转速不相等(推力不相等)或回转角不相等而产生的附加舵效，通常是通过左右舷双桨的回转操纵人工控制，依靠额外增加一舷(或二舷)螺旋桨的回转角来抵消(或补偿)这种附加舵效，以保证船舶的安全航行。但是，人工操作的显著缺点是，附加舵效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或回转角发生变化时，需要重设补偿值，给船舶操纵带来了额外负担。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种舵效补偿方法，该方法的步骤为首先计算附加舵效。当左右舷可回转螺旋桨推力P1和P2、回转角胸和_时，由螺旋桨推力在船舶艏艉线的平行分量所产生的转船力矩Nd=Nld-N2d,这是船舶正常航行不希望的
附加舵效转船力矩，即
Nd = N]d ^ Nld = KNy{l] cos φ' — P2 cos ft)(I)式中Kn为附加舵效转船力矩系数，y为螺旋桨回转立柱至船舶艏艉线的距离。为了消除或补偿不希望的附加舵效，在螺旋桨回转操纵控制系统基础上，插入舵效补偿装置，所述舵效补偿装置作为一个可切换的独立模块。通过检测左右舷螺旋桨的转速叫和巧以及左右舷螺旋桨的回转角,和实时计算出附加舵效δΝ ( 5NocNd),自动给出合适的舵效补偿量Sb;将此舵效补偿量Sb叠加到左右舷可回转螺旋桨的指令回转角S :或δ /上，得到的δ δ广+ δ b或δ ；*= δ /+ δ b作为实际的指令回转角输出给螺旋桨回转操纵控制系统，从而使回转操纵控制系统给出的回转角操纵信号中包含了抵消双桨转速不等(推力不等)或回转角不等造成的附加舵效。本发明的另一目的是提供一种舵桨合一可回转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回转角，实时计算可回转双桨附加舵效值，自动给出合适的舵效补偿量，以替代人工操作。本发明采用的技术方案如下所述。一种舵桨合一可回转双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿装置，该装置包含下述模块输入/输出通道，其用于连接外部信号，分别来自左右舷螺旋桨回转操纵系统的回转角指令S ^和δ/;经舵效补偿，叠加补偿信号Sb后输出给回转操纵控制系统的指令舵角为S广(δ广=δ;+ δb)和δ (δ ;*= δ;+ δb);来自转速传感器的左右舷螺旋桨转速信号Ii1和n2 ;来自回转角传感器的左右舷螺旋桨回转角信号納和％ ；补偿运算电路包括了三个运算单元，分别是左右舷可回转螺旋桨推力及回转角运算单元、舵效估算单元和反相增益限幅单元；推力及回转角运算单元的输入为左右舷螺旋桨的实际转速Ii1和n2以及实际回转角Λ和養，输出为左右舷螺旋桨转速的平方Ii12和n22以及回转角的余弦cos豹和COSf^舵效估算单元的输入是由于左右舷螺旋桨推力在船舶艏艉线的平行分量所产生的转船力矩，输出为与这种转船力矩成正比的附加舵效估算值Sn ( SnOC Nd)，即
权利要求
1.一种舵桨合一可回转双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿方法，该方法的步骤为 首先计算附加舵效，当左右舷可回转螺旋桨推力P1和P2、回转角奶和義时，由螺旋桨推力在船舶艏艉线的平行分量所产生的转船力矩Nd = Nld -N2d，这是船舶正常航行不希望的附加舵效转船力矩，即
2.如权利要求1中一种舵桨合一可回转双螺旋桨电力推进船舶的舵效补偿方法中所述的舵效补偿装置，其特征在于，该装置包含下述模块 输入/输出通道，其用于连接外部信号，分别来自左右舷螺旋桨回转操纵系统的回转角指令S ^和δ/;经舵效补偿，叠加补偿信号Sb后输出给回转操纵控制系统的指令舵角为δ广和δ广;来自转速传感器的左右舷螺旋桨转速信号叫和巧；来自回转角传感器的左右舷螺旋桨回转角信号Λ和豹； 补偿运算电路包括了三个运算单元，分别是左右舷可回转螺旋桨推力及回转角运算单元、舵效估算单元和反相增益限幅单元； 推力及回转角运算单元的输入为左右舷螺旋桨的实际转速Ii1和η2以及实际回转角φχ和囊，输出为左右舷螺旋桨转速的平方n/和η22以及回转角的余弦cos炉I和cos奶； 舵效估算单元的输入是由于左右舷螺旋桨推力在船舶艏艉线的平行分量所产生的转船力矩，输出为与这种转船力矩成正比的附加舵效估算值Sn ( SNoc Nd)，即
3.如权利要求2所述的舵效补偿装置，其特征在于，在反相增益限幅单元中，当
全文摘要
本发明提供一种舵桨合一可回转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回转角，实时计算可回转双桨附加舵效值，自动给出合适的舵效补偿量，以替代人工操作。本发明还提供一种舵效补偿方法。本发明的舵效补偿控制装置结构简单，能方便地与现有各类舵桨合一可回转双桨电力推进回转操纵控制系统连接。
文档编号B63H25/24GK103010445SQ20121056796
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者褚建新, 牛王强, 周贤文, 刘昭, 张燕, 顾伟 申请人:上海海事大学