[发明专利]一种船启动时调距桨螺距和主机转速匹配的控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船启动时调距桨螺距和主机转速匹配的控制算法，尤其涉及一种船舶启动时使主机能沿最佳路径达到最大输出功率且不超负荷工作，同时保证最大推力输出的控制算法。

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”。

船舶在系泊试验或启动时，由于桨叶与水流的冲击角较大，这时会获得较大的推力P与阻力矩M，如果迅速提高控制转速，则船负荷会远远大于主机输出功率，造成主机超负荷运转，设备有损坏风险，工况变差。对于定距桨，启动过程只能通过缓慢提速实现平稳负荷加载，当主机低速工作平稳后，再切换到下一个稍高速工作状态，船舶速度呈阶梯状上升，所以整段启动过程较慢。而对于调距桨系统，可以在通过降低螺距比来减小推力与阻力矩，避免主机超负荷，实现主机快速启动后再逐步加大螺距，获取较大输出功率与推力，所以安装调距桨系统的船舶具有更好的机动性能。

但是目前在调距桨的实际使用中，对于如何动态调整主机转速和螺距的匹配，使得在船舶的启动过程中既能保证获得主机的最大输出功率和螺旋桨最大推力，同时避免主机超负荷，实现最快启动这一问题并没有有效的解决方案。

快速启动过程有两个要点：一是如何使主机输出功率快速上升，并且不处于超负荷工作状态；二是如何合理控制转速与螺距，使船舶获得较高的机动性与灵活性。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足和缺点，本发明提供了一种使主机输出功率快速上升且不处于超负荷工作状态的合理控制转速与螺距的最佳启动算法。

一种船启动时调整桨螺距和主机转速匹配的控制算法，包括以下步骤：

一、  将转速n在取值范围内进行x等分、螺距H在取值范围内进行y等分，建立二维数组,取转速n任意值设为n[i]、取螺距H任意值设为H[j]，取当前转速为n_现，当前螺距为H_现；

二、  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_p ²+a₂λ_p +a₃（2）式中，λ_p为进速系数：λ_p =（1-ω）H/D_P（3）； 

三、  通过下述公式求得船舶的输出功率W：W=M*2πn/η_cη_s(4)。为保证主机不超负荷工作，输出功率应满足：W≤W_外=c₁n²+c₂n+c₃(5)式中，船的阻力矩M为：M=K_Mρn²D_P⁵（6）式中，阻力矩系数K_M为：K_M= b₁λ_p ²+b₂λ_p+b₃（7）；

四、  根据已求得的推力P和船舶的当前输出功率W，通过下述公式求得控制判据J₁：J₁=P/P_E *K₁+ W/W_E *K₂（8）式中，k₁、k₂是参数系数且k₁+k₂=1（9）；