一种铺排船舵桨的智能化应急控制系统的制作方法

本发明涉及铺排船舵桨控制，具体为一种铺排船舵桨的智能化应急控制系统。

背景技术：

1、铺排船舵桨的主要作用是控制船只的方向和稳定性，舵桨通过转动来改变船只的航行方向，确保船只在航行过程中能够准确地按照预设的航向行驶，例如，在浅水区可以升起舵桨，避免碰撞和损坏；在深水区降下舵桨，以获得更好地推进和操纵效果。

2、公开号为cn119176238a的中国专利公开了一种舵桨控制系统、控制方法及轮船，其属于船舶设备技术领域，舵桨控制系统包括升降组件、锁紧组件和控制组件。其中，升降组件包括液压马达、升降螺杆和减速器，液压马达具有相对设置的两个输出轴，减速器用于将输出轴的旋转运动传递给升降螺杆，与升降螺杆配合安装的螺套将旋转运动转化为直线运动从而带动舵桨上升或者下降；锁紧组件包括锁紧油缸和伸缩杆，伸缩杆与锁紧油缸连接，锁紧油缸能够驱动伸缩杆伸缩从而锁紧或者放松舵桨，实现对舵桨升降和锁紧动作的稳定运行，提高了舵桨控制过程的安全性和控制精度。

3、上述专利在实际使用过程中当主操舵系统故障时，船舶的操控能力会大大降低，容易导致船舶失控、碰撞或其他安全事故；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了一种铺排船舵桨的智能化应急控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铺排船舵桨的智能化应急控制系统，能够确保铺排船舵桨的安全运行，能够在紧急情况下快速响应并启动应急模式，有效避免船舶失控等危险情况的发生，还能够实现远程监控和管理，提高船舶的安全性和管理效率，能够有效地保障船舶安全行驶，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铺排船舵桨的智能化应急控制系统，包括；

3、主控模块，用于采集铺排船舵桨的信号并对其进行处理，并对铺排船舵桨的状态进行判断，根据判断结果发出对应的控制指令，具体包括：

4、首先，预设铺排船舵桨需要启动应急模式的规则和条件，应急模式启动的规则和条件包括舵机故障或失灵以及铺排船电网过载；

5、然后，根据处理完成的数据判断铺排船舵桨的实时状态以及电网电能质量；

6、最后，将根据铺排船舵桨的实时状态以及电网电能质量与预设的规则和条件进行匹配，判断是否满足应急模式的启动条件；

7、舵桨驱动模块，用于根据主控模块发出的指令，对舵桨进行对应的驱动操作；

8、舵桨控制模块，用于在接收到主控模块的指令后，对舵桨的状态进行实时监控，根据监控结果采取相应的控制措施。

9、优选的，所述主控模块，包括：

10、实时采集单元，用于实时采集铺排船舵桨系统的舵角、桨速、船舶航向以及航速数据、发电机及电网数据；

11、数据处理单元，用于对采集到的数据进行清洗，去除噪声和异常值，并对数据进行校准；

12、判断单元，用于根据处理完成的数据判断铺排船舵桨的实时状态以及电网电能质量，电网电能质量包括电网的功率因数，电网电压和电网频率。

13、优选的，所述数据处理单元，对采集铺排船舵桨系统的舵角、桨速、船舶航向以及航速数据进行预处理包括：

14、异常处理单元，用于获取舵桨系统的舵角、桨速、船舶航向以及航速数据的数据标准特征，基于数据标准特征，对所述舵角、桨速、船舶航向以及航速数据进行数据异常检测，对异常数据进行去除，得到异常处理数据；

15、缺失处理单元，用于对所述异常处理数据进行数据缺失检测，得到缺失数据序列，基于缺失数据序列的序列特征，以及缺失数据序列的数据类型，确定数据插值方式对异常处理数据进行数据补充，得到补充处理数据；

16、去噪处理单元，用于对所述补充处理数据进行低通滤波处理，得到去噪处理数据；

17、关联确定单元，用于创建航角变化率、航向变化率、浆速和航速之间的推进效率作为新特征，对所述去噪处理数据进行特征工程处理，得到补充处理数据的数据关联特性；

18、时间对齐单元，用于基于所述数据关联特性，结合不同传感器的采样频率，确定去噪处理数据的滞后时间特征，基于所述滞后时间特征确定对去噪处理数据的二次插值方式来进行时间对齐，得到初始处理数据；

19、数据验证单元，用于分别获取舵角、桨速、船舶航向以及航速数据与初始处理数据的处理前曲线和处理后曲线进行对比，得到噪声处理信息和异常值处理信息，分别获取舵角、桨速、船舶航向以及航速数据与初始处理数据的处理前方差和处理后方差，确定噪声减少程度，基于噪声处理信息、异常值处理信息和噪声减少程度对初始处理数据进行预处理验证，并根据验证结果得到目标处理数据。

20、优选的，所述根据判断结果发出对应的控制指令，具体包括：

21、若判断结果为铺排船舵桨的主操舵系统发生故障或工作不正常时，发出启动应急操舵模式控制指令；

22、若判断结果为电网出现过载时，发送快速降负荷命令至铺排船舵桨变频器；

23、铺排船舵桨变频器立即对铺排船舵桨进行降功率操作，发出降低铺排船舵桨负荷控制指令；

24、当确定故障排除后，则发出退出应急模式控制指令。

25、优选的，所述舵桨驱动模块，具体包括：

26、接收主控模块发出的控制指令，并解析所接收的控制指令，当控制指令为切换应急模式时，则对铺排船舵桨的操舵系统进行应急模式的切换；

27、当应急模式启动后，实时监测铺排船的导航系统，若导航系统不能正常运行，则立即启用备用导航系统，并通知管理人员进行检查和修复；

28、同时根据应急模式的运行需求，调整铺排船动力系统的输出，控制铺排船的航速和航向；

29、当控制指令为退出应急模式时，切换回铺排船舵桨的操舵系统，并逐步恢复主操舵系统同时恢复铺排船舵桨相应负载设定值。

30、优选的，所述舵桨控制模块，包括：

31、远程监控单元，用于对铺排船舵桨状态进行实时监控并显示铺排船舵桨的当前状态；

32、指令调整单元，用于根据铺排船舵桨潜在的问题和故障趋势调整铺排船舵桨的控制指令。

33、优选的，所述舵桨控制模块的具体流程，包括：

34、利用监控中心对铺排船舵桨状态进行实时监控，同时获取铺排船舵桨的历史数据；

35、当铺排船舵桨的当前状态为异常或故障时，显示异常或故障数据；

36、对接收到的铺排船舵桨异常或故障数据进行处理和分析，结合铺排船舵桨的历史数据识别铺排船舵桨潜在的问题和故障趋势；

37、根据识别结果调整铺排船舵桨的控制指令，根据控制指令对铺排船舵桨进行相应的调整。

38、优选的，所述根据识别结果调整铺排船舵桨的控制指令，具体包括：

39、确定铺排船舵桨所需要的具体角度，角度为0°到180°之间的任何值；

40、根据铺排船舵舵机的规格和控制需求，计算出相应的脉冲宽度调制信号高电平宽度；

41、在微控制器中设置占空比控制舵机的旋转角度，生成所需的脉冲宽度调制信号；

42、将脉冲宽度调制信号上传到微控制器，并观察铺排船舵桨的旋转情况，根据铺排船舵桨的旋转情况对脉冲宽度调制信号进行调整。

43、优选的，所述远程监控单元，包括：

44、利用地面监控中心实时监控铺排船舵桨的状态并显示铺排船舵桨的当前状态；

45、当铺排船舵桨出现异常或故障时，如转速过快、角度偏离预设范围等，则自动发出报警信号，并显示异常或故障数据；

46、当实时监测的数据超出预设范围时，自动触发预警，提醒管理人员进行干预。

47、对接收到的铺排船舵桨异常或故障数据进行处理和分析，结合铺排船舵桨的历史数据识别铺排船舵桨潜在的问题和故障趋势的具体流程，包括：

48、基于铺排船舵桨异常或故障数据的数据类型，确定铺排船舵桨潜在的问题；

49、获取得到铺排船舵桨的标准数据集，并基于数据类型对铺排船舵桨故障的影响程度，确定每个数据类型的权重；

50、基于铺排船舵桨异常或故障数据与标准数据集的差异，结合数据类型的权重，根据如下公式计算得到显示异常值；

51、；

52、其中，表示显示异常值，n表示标准数据集中数据类型的数量，表示第i个数据类型的权重，取值为（0，1），表示铺排船舵桨异常或故障数据中第i个数据类型的数据异常值，表示标准数据集第i个数据类型的数据标准值，表示第i个数据类型的数据异常值与数据标准值之间的参考差异值，e表示自然常数，取值为2.72；

53、基于铺排船舵桨的历史数据与标准数据集的差异，结合数据类型的权重，根据如下公式计算得到潜在异常值；

54、；

55、其中，表示潜在异常值，表示历史数据中第i个数据类型的数据异常值；

56、基于显示异常值和潜在异常值，根据如下公式计算得到铺排船舵桨的故障趋势系数；

57、

58、其中，k表示铺排船舵桨的故障趋势系数，表示铺排船舵桨异常或故障数据的时间长度，表示历史数据的时间长度，铺排船舵桨异常或故障数据的参考时间长度，表示历史数据的参考时间长度；

59、基于故障趋势系数，结合铺排船舵桨潜在的问题，确定故障趋势。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

61、本发明根据预设的规则和条件判断是否需要启动应急模式，并利用舵桨驱动模块对铺排船舵桨进行相应的驱动操作，利用舵桨控制模块对铺排船舵桨的状态进行实时监控，当铺排船舵桨存在潜在的问题和故障趋势时，调整铺排船舵桨的控制指令，以确保铺排船舵桨的安全运行，能够在紧急情况下快速响应并启动应急模式，有效避免船舶失控等危险情况的发生，此外，通过与铺排船舵桨的系统的集成，还能够实现远程监控和管理，提高船舶的安全性和管理效率，本发明的智能化应急控制系统具有响应速度快、控制精度高和可靠性高等特点，能够有效地保障船舶安全行驶。