[发明专利]一种改善船舶耐波性的航行自控系统

说明书

技术领域

本发明属于船舶航行自动控制系统设计领域,具体涉及一种用于改善船舶耐波性的航行自控系统。

背景技术

船舶在风浪中航行时，受到风浪的影响，船舶会产生运动响应，在高海况条件下，船舶产生大幅度运动响应，在这种情况下船员会产生晕船或不适，船上设备的可用性降低，船舶的适航性会大幅减弱,甚至会威胁到船舶的海事安全。改善船舶的耐波性，减小船舶在风浪中的运动响应是船舶性能设计重要内容和努力方向。

目前，国内已经开展了基于减摇鳍的单体船舶耐波性改善方法和装置的研究，但只能改善横摇特性，不能改善纵摇、垂荡特性。

最近业内还开展了基于稳定鳍的小水线面双体船姿态稳定装置的研制，采用2对稳定鳍进行横摇、纵摇和垂荡特性改善。但是小水线面船纵向无法实现自稳，风浪条件下存在倾覆的风险，其控制系统需不断进行控制以保持自稳不倾覆，然后才是减摇，控制算法复杂，同时采用的控制执行机构也更复杂，通常采用阻力损失较大的多鳍结构形式。该鳍形式的附体的阻力通常要大幅大于压浪板或水翼，从而具有快速性损失大的缺陷。

同时，现有技术还提出了用于改善船舶耐波性的固定翼装置，但固定翼装置的在各种海况下翼角固定，无法根据波浪、航速情况调节翼角度至最佳角度，航行阻力大、产生的对抗摇荡的力又不能与实际需求对应，自然减摇效果差，快速性损失大，海况适用性差。

综上，目前国内尚无通用性好、快速性损失小、实现方式简单、改善船舶耐波性效率高的实用化航行自控系统。

发明内容

有鉴于此，本发明针对船舶在风浪大幅度摇荡引起的舒适性、安全性问题提出一种用于改善船舶耐波性的航行自控系统。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

该改善船舶耐波性的航行自控系统，包括：传感单元、控制单元、驱动单元和执行机构；

执行机构包括艏部倒T型水翼和艉部双压浪板，该艉部双压浪板包括左压浪板和右压浪板；

传感单元用于采集船体姿态；

控制单元根据所述船体姿态，控制3个执行机构的联合运动来实现船舶姿态、升沉控制，输出控制指令到驱动单元，具体控制方案为：

通过艏部倒T型水翼和艉部双压浪板间的差模运动实现船舶纵摇角的控制；

通过艉部双压浪板间的差模运动实现船舶横摇角的控制；

通过艏部倒T型水翼和双压浪板间的共模运动控制船舶的整体升沉；

驱动单元，用于驱动执行机构运动。

优选地，所述控制单元包括3个控制通道：

控制通道1为艏艉差模运动控制通道，首先由控制算法根据船舶纵向姿态计算艏部倒T型水翼的第一最佳攻角α_T1，然后取-α_T1作为艉部两个压浪板的第一最佳攻角α_左压1和α_右压1；

控制通道2为艉部差模运动控制通道，首先由控制算法根据船舶横向姿态计算艉部左压浪板的第二最佳攻角α_左压2，然后取其-α_左压2作为艉部右压浪板的第二最佳攻角α_右压2；

控制通道3为艏艉共模运动控制通道，首先由控制算法根据船舶重心升沉数值计算艏部倒T型水翼的第二最佳攻角α_T2，取α_T2和艏部倒T型水翼最大可用攻角α_max分别与α_T1的差值中的小者为倒T型水翼的第三最佳攻角α_T3，然后取-α_T3×k作为艉部两个压浪板的第三最佳攻角α_左压3和α_右压3，k为艉部的两个压浪板力矩之和与艏部倒T型水翼力矩的比例因子；

针对每个执行机构，将3个最佳功角求取代数和，作为该执行机构的控制功角并翻译为控制指令输出。

优选地，所述传感单元采用安装于船体重心区域的MEMS集成式陀螺仪，用于采集表征船舶纵向姿态的纵摇角度和纵摇角速度、表征船舶横向姿态的横摇角度和横摇角速度、以及表征船舶重心升沉数值的垂荡速度和垂荡加速度。

优选地，该系统进一步包括触摸屏，触摸屏显示用户操作界面，通过触摸屏用户操作界面的操作实现系统启停、控制参数设置。

优选地，所述控制单元采用DSP控制器，DSP控制器预留以太网口用于对系统运行进行监控和远程调试。

有益效果：