[发明专利]无人艇舷外机控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶动力控制技术领域，具体地指无人艇舷外机控制装置及控制方法。

背景技术

无人水面航行器(Unmanned Surface Vessel，简称USV)，是一种无人操作的水面船只，小型USV也称为无人艇。无人艇动力平台的关键技术之一是在小型艇有限的动力源和舱室空间约束下，实现对航速和航向控制机构的精确与可靠控制。

目前，水面船只的航速和航向自动控制装置主要采用液压系统来实现。具体的方式是通过液压泵的持续工作，为液压系统建立稳定的压力，由电磁阀接受控制系统的信号，产生动作并改变液压回路中液压油的通断状态和流动方向，通过液压油的压力能驱动控制通道的执行机构，从而改变船体的航速和航向。这种控制装置的核心在于其液压系统，而液压系统存在装置复杂，需要设置独立的液压动力源，占用空间大的突出问题，并且其控制精度对于小质量低运动惯性的小型艇来讲，相对较差。同时，在无人艇动力平台中采用液压控制装置也增加了控制系统的设计难度。

此外，在有人操纵的小型艇航速和航向控制中，还广泛使用机械式的手动控制装置，其实现方式是船员手动控制操纵杆，提供驱动力和控制信号，由机械式的连杆装置控制主机的油门，档位和舵装置的偏转角，从而改变船体的航速和航向。这种控制装置的优点在于结构简单，响应快，可靠性高，设计难度低，缺点是驱动力较小而且不稳定，油门和舵角控制精度差，控制反馈和调整机制依赖于使用人员的操作经验，不能实现自动控制。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简洁，稳定高效，实现了油门、舵角和档位自动控制的无人艇舷外机控制装置及控制方法，使其能保证控制精度和可靠性，避免液压控制装置在无人艇动力驱动中的应用困难和不足。

为实现上述目的，本发明所设计的无人艇舷外机控制装置，包括固定于无人艇尾部的舷外机，其特征在于，所述舷外机的控制机构通过控制软轴与电动推杆连接，所述舷外机的点/熄火控制电路通过舷外机点/熄火控制电缆与电压输出模块连接，所述电动推杆的下方平行设置有滑动电位器，所述电动推杆的推杆末端与滑动电位器的滑杆末端紧固连接，所述电压输出模块的电压输出线、滑动电位器的电压输出线分别与信号控制电路的两个输入端连接，所述信号控制电路的输出端与电动推杆的电源线连接，所述电压输出模块的信号输入端与船载嵌入式控制器连接。

进一步地，所述控制软轴包括舷外机油门控制软轴、舷外机舵角控制软轴和舷外机档位控制软轴，所述电动推杆、滑动电位器和信号控制电路均为三个，所述舷外机的油门、方向和档位控制机构分别通过舷外机油门控制软轴、舷外机舵角控制软轴和舷外机档位控制软轴与三套电动推杆、滑动电位器和信号控制电路连接。设计高精度的三路控制支路进行实际油门、档位和舵角位置的反馈，比较和自动控制，保证了控制精度，响应时间短。

更进一步地，所述信号控制电路包括电压继电器、比较电源、固定电阻和电桥，所述电桥包括左中右三对接口端，由左至右分别连接电压输出模块的一对电压输出端、电压继电器的电压输入端和滑动电位器的阻值输出端，所述电压继电器的输出端与电动推杆的电源线连接，所述比较电源和固定电阻组成的支路与滑动电位器并联。滑动电位器通过电阻值的变化来改变从比较电源得到的分压电平，该电压加载在电桥右端，电压输出模块输出的设定电压加载在电桥左端，当右端电压低于左端电压时，电桥中部的电压继电器获得电压，闭合电动推杆的正向电路，推杆正向运动，其电位器阻值和分压电平随之增大；当右端电压高于左端电压时，电桥中部的电压继电器获得电压，闭合电动推杆的反向电路，推杆反向运动，其电位器阻值和分压电平随之减小；当右端电压和左端电压相等时，电桥中部的电压继电器失去电压，断开电动推杆的电路，推杆停止运动。

更进一步地，所述电动推杆为内螺纹式电动推杆，以实现足够的推力强度，且距离控制精确。

一种应用于上述无人艇舷外机控制装置的控制方法，其特殊之处在于，是根据所述船载嵌入式控制器输出的控制信号控制电动推杆运动，从而带动与所述电动推杆连接的控制软轴推动舷外机的控制机构，实现舷外机的自动控制的过程，具体包括如下步骤：

1)启动舷外机，所述船载嵌入式控制器向电压输出模块输出控制信号，所述电压输出模块将控制信号转换为设定电压，并输出至信号控制电路；

2)所述信号控制电路根据设定电压控制电动推杆产生位移，所述滑动电位器在电动推杆的带动下同时产生位移；

3)所述滑动电位器的位移在信号控制电路内部产生反馈电压；