[发明专利]一种船平航状态下调距桨螺距和主机转速的控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船平航状态下调距桨螺距和主机转速的控制算法，尤其涉及一种具有负荷保护的船舶平航状态下调距桨螺距和主机转速的最优匹配控制算法。

背景技术

现代船舶工业逐步向大吨位、低能耗、高自动化发展，主要表现为以电子、计算机、自动控制等为基础的数字化技术大量应用于船舶控制系统的各个环节，以数字化精密自动调节替代传统的手动调节，从而大幅度提高船舶操控的自动化水平，实现船舶在各种工况下工作参数的优化匹配，从而降低运行能耗，提高船舶运行的操控性能和安全性。其中船舶推进系统中和核心部件——螺旋桨、动力传动系统的主要进展是调距桨系统的应用。作为船舶运行的主传动系统，螺旋桨、主机的工作参数匹配是表征船舶品质的重要指标之一。调距桨装置通过电液控制系统无级调整螺旋桨桨叶的螺距角，从而实现船舶动力传动的“无级变速”。

船队在航行中，由于某种原因(例如大舵角、风浪过大、急弯急流等)船队负荷突然加大(瞬时或持续)，机、桨之间从正常的设计工况变为超负荷工况，需要对主机进行负荷控制保护，避免主机因超负荷运行而受损。主机负荷控制有两种方法，可以降低转速、或降低螺距比。直接降低转速，会使主机输出功率随外特性曲线下降，主机发不出额定功率，船舶的机动性大大降低；直接降低螺距，可以使主机保持输出额定功率，但此时的螺旋桨的淌水效率较低，致使燃油利用率降低。船舶航行的最优控制目标就为实现最高燃油效率的同时，保持船舶最高的机动性能。然而，燃油效率与机动性能两者往往难以兼得，必须在一定程度上进行取舍，需要进行最优化控制。

在主机负荷保护的条件下，如何最优化船舶的机动性与燃油效率，是船舶控制的关键技术难点。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足和缺点，本发明提供了一种船平航状态下调距桨螺距和主机转速从而达到主机最大输出功率的控制算法。

一种船平航状态下调距桨螺距和主机转速的控制算法，包括以下步骤：

1)  将转速n进行x等分，n为n[0]到n[x]、螺距H进行y等分，H为H[0]到H[y]，建立二维数组,转速n取值为n[i],螺距H取值为H[j]；

2)  通过下述公式求得推力P： P=K_Pρn²D_P⁴（1）式中，推力系数K_P为：K_P=a₁λ_p²+a₂λ_p+a₃（2）式中，进速系数λ_p为：λ_p=（1-ω）H/D_P（3）； 

3)  通过下述公式求得船舶效率η为：η=η_c*η_s*η_p（4）式中，螺旋桨淌水效率η_p为：η_p=K_P/K_M*λ_p /2π（5）式中，阻力矩系数K_M为：K_M= b₁λ_p ²+b₂λ_p +b₃（6）；

4)  通过下述公式求得船舶的当前输出功率W：W=M*2πn/η_cη_s（7），为保证主机不超负荷工作，输出功率应满足：W≤W_外=c₁n²+c₂n+c₃(8)式中，船的阻力矩M为：M=K_Mρn²D_P⁵（9）；

5)  根据已求得的推力P、船舶效率η和船舶的当前输出功率W通过下述公式求得控制判据J：J=P/P_E *K₁+η/η_E*K₂+W/W_E *K₃（10）式中， k₁、k₂、k₃为参数系数且k₁+k₂+k₃=1（11）；