船舶动力减摇控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种船舶姿态控制技术，特别涉及一种船舶动力减摇控制装置。


背景技术：

2.船舶在航行过程中，由于受到自身运动和海浪、海风及海流等海洋环境扰动等因素影响，常常导致船体产生摇摆运动，船体的剧烈摇摆运动不仅会对船员的工作、生活造成影响，还会严重影响到船舶的航行安全，因此如何保证船舶在航行过程中保持良好姿态变得非常重要。船舶姿态控制主要研究的是船舶的减摇，即通过控制船体的横摇，使船舶在航行过程中保持良好的姿态。目前，船舶减摇的方法，几乎都是通过加装减鳐鳍、减摇水舱、舭龙骨、减摇陀螺等专门的减摇装置来实现，大大增加了船舶建造的复杂度和维护工程量。因此，如何在不安装专门的减摇装置的情况下，实现船舶有效减摇，成为船舶减摇领域的一大难题。


技术实现要素：

3.针对船舶动力减摇问题，提出了一种船舶动力减摇控制装置，在不安装专门的减摇装置的前提下，利用船舶推进装置本身实现局部减摇的动力减摇控制。
4.本实用新型的技术方案为：一种船舶动力减摇控制装置，包括执行机构信息反馈与处理电路、船舶姿态数据采集电路、基于ls1b的最小系统控制电路、执行机构控制指令输出电路，船舶姿态数据采集电路采集检测船舶倾角度的姿态传感器信号，发送至基于ls1b的最小系统控制电路，同时执行机构信息反馈与处理电路输出实时的当前船舶各执行机构运行数据送至基于ls1b的最小系统控制电路，基于ls1b的最小系统控制电路输出每个执行机构的控制指令至执行机构控制指令输出电路，作用至船体抵消船舶倾力矩。
5.优选的，所述执行机构信息反馈与处理电路由反相放大电路和滤波电路组成；精密电阻和高速运放组成反相放大电路，反相放大电路对执行机构反馈信号进行放大处理后输出，输出信号进入rc滤波电路滤波后输出至基于ls1b的最小系统控制电路。
6.优选的，所述船舶姿态数据采集电路为基于隔离通讯模块的串口通讯电路。
7.优选的，所述执行机构控制指令输出电路为信号隔离电路，接基于ls1b的最小系统控制电路与执行机构本地控制电路之间。
8.优选的，所述执行机构控制指令输出电路由二极管z1、z2、稳压管z3、z4和电阻r
10
组成，二极管z1、z2串联接信号电源vcc和地gnd之间，二极管z1负极接vcc，二极管z2正极接为gnd，极管z1、z2串联连接点接基于ls1b的最小系统控制电路输出，电阻r
10
接在执行机构控制指令输出电路输入输出之间，执行机构控制指令输出电路输出端通过对接的稳压管z3、z4接地。
9.本实用新型的有益效果在于：本实用新型船舶动力减摇控制装置，无需安装专门的减摇装置，仅需对船舶执行机构进行控制即可实现有效减摇，极大降低了船舶建造复杂度和维护工程量。
附图说明
10.图1为本实用新型船舶动力减摇控制装置的原理框图；
11.图2为本实用新型动力减摇控制电路原理图；
12.图3为本实用新型提供的船舶平稳状态下的示意图；
13.图4为本实用新型提供的船舶左倾状态下的受力和推力示意图；
14.图5为本实用新型提供的船舶右倾状态下的受力和推力示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
16.图1所示为本实用新型提供的船舶动力减摇控制装置原理框图，包括执行机构信息反馈与处理电路、船舶姿态数据采集电路、基于ls1b的最小系统控制电路、执行机构控制指令输出电路。
17.图2所示动力减摇控制电路原理图。执行机构信息反馈与处理电路由反相放大电路和滤波电路组成。精密电阻r1、r2、r3、r5和高速运放u1组成反相放大电路，用于对4～20ma的执行机构反馈信号if进行放大处理，r6和c2组成低通滤波器，用于对放大处理后的信号进行滤波，输出信号if至基于ls1b的最小系统控制电路。需要指出的是，此处仅提供了一路执行机构反馈信息处理电路，具体实施时处理电路的路数依船舶执行机构配置而定。
18.船舶姿态数据采集电路为基于隔离通讯模块的串口通讯电路，由电阻r7、r8、r9、通讯模块u2和电容c3组成，用于接收高精度姿态传感器测量的动态横摇信息，并传输至基于ls1b的最小系统控制电路。
19.基于ls1b的最小系统控制电路的核心部件为国产微型控制器ls1b，用于解析执行机构反馈信息、船舶动态横摇信息，并基于船舶模型和最优控制理论解算每个执行机构的控制指令，发送至执行机构控制指令输出电路。
20.执行机构控制指令输出电路由二极管z1、z2、稳压管z3、z4和电阻r
10
组成，为基于ls1b的最小系统控制电路与执行机构本地控制电路之间的接口，用于实现信号隔离。
21.主体控制措施为：如图3所示提供的船舶平稳状态下的示意图，此时姿态传感器检测不到倾角；当船舶发生向左倾斜时，姿态传感器检测到左倾角度，经数据采集后，发送给基于ls1b的最小系统控制电路，同时基于ls1b的最小系统控制电路实时接收当前船舶各执行机构的反馈信息，如螺距、转速、舵角等，基于船舶模型生成船舶综合矢量补偿力，并基于最优控制理论解算每个执行机构的控制指令，作用至船体后，在向左方向生成推力合力，从而局部抵消船舶左倾力矩，如图4，f1、f2为波浪扰力，f
合
为扰力合力，f
推
为船舶执行机构合力。
22.当船舶发生向右倾斜时，姿态传感器检测到右倾角度，经数据采集后，发送给基于ls1b的最小系统控制电路，同时基于ls1b的最小系统控制电路实时接收当前船舶各推进器执行机构的反馈信息，如螺距、转速、舵角等，基于船舶模型生成船舶综合矢量补偿力，并基于最优控制理论解算每个执行机构的控制指令，作用至船体后，在向右方向生成推力合力，从而局部抵消船舶右倾力矩，如图5。
23.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。


技术特征：
1.一种船舶动力减摇控制装置，其特征在于，包括执行机构信息反馈与处理电路、船舶姿态数据采集电路、基于ls1b的最小系统控制电路、执行机构控制指令输出电路，船舶姿态数据采集电路采集检测船舶倾角度的姿态传感器信号，发送至基于ls1b的最小系统控制电路，同时执行机构信息反馈与处理电路输出实时的当前船舶各执行机构运行数据送至基于ls1b的最小系统控制电路，基于ls1b的最小系统控制电路输出每个执行机构的控制指令至执行机构控制指令输出电路，作用至船体抵消船舶倾力矩。2.根据权利要求1所述船舶动力减摇控制装置，其特征在于，所述执行机构信息反馈与处理电路由反相放大电路和滤波电路组成；精密电阻和高速运放组成反相放大电路，反相放大电路对执行机构反馈信号进行放大处理后输出，输出信号进入rc滤波电路滤波后输出至基于ls1b的最小系统控制电路。3.根据权利要求1所述船舶动力减摇控制装置，其特征在于，所述船舶姿态数据采集电路为基于隔离通讯模块的串口通讯电路。4.根据权利要求1所述船舶动力减摇控制装置，其特征在于，所述执行机构控制指令输出电路为信号隔离电路，接基于ls1b的最小系统控制电路与执行机构本地控制电路之间。5.根据权利要求4所述船舶动力减摇控制装置，其特征在于，所述执行机构控制指令输出电路由二极管z1、z2、稳压管z3、z4和电阻r
10
组成，二极管z1、z2串联接信号电源vcc和地gnd之间，二极管z1负极接vcc，二极管z2正极接为gnd，极管z1、z2串联连接点接基于ls1b的最小系统控制电路输出，电阻r
10
接在执行机构控制指令输出电路输入输出之间，执行机构控制指令输出电路输出端通过对接的稳压管z3、z4接地。

技术总结
本实用新型涉及一种船舶动力减摇控制装置，包括执行机构信息反馈与处理电路、船舶姿态数据采集电路、基于LS1B的最小系统控制电路、执行机构控制指令输出电路，船舶姿态数据采集电路采集检测船舶倾角度的姿态传感器信号，发送至基于LS1B的最小系统控制电路，同时执行机构信息反馈与处理电路输出实时的当前船舶各执行机构运行数据送至基于LS1B的最小系统控制电路，基于LS1B的最小系统控制电路输出每个执行机构的控制指令至执行机构控制指令输出电路，作用至船体抵消船舶倾力矩。无需安装专门的减摇装置，仅需对船舶执行机构进行控制即可实现有效减摇，极大降低了船舶建造复杂度和维护工程量。杂度和维护工程量。杂度和维护工程量。


技术研发人员：章建峰 刘彬 杨祯 董九洋 陈忠言
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/7/4