[发明专利]主帆自动控制装置及最大船速跟踪和自学习控制方法

权利要求书

1.一种主帆自动控制装置，其特征在于包括传感模块、控制模块、运动模块、人机交互模块；传感模块包括风速风向仪、帆角检测仪、姿态仪、多普勒计程仪；控制模块包括控制器、存储器；运动模块包括电机组、绞盘、撩绳；人机交互模块包括显示器、MST按钮；所述风向风速仪安装在帆船桅杆顶端，多普勒计程仪安装在帆船底部，帆角检测仪安装在横杆与桅杆之间，姿态仪安装在船舯，控制器、显示器和电机组安装在船舷上；所述风速风向仪测量风舷角和风速；多普勒计程仪测量船速；帆角检测仪测量帆船横杆位置；姿态仪检测船舶横倾角和纵倾角；控制器读取、处理和存储从风速风向仪、帆角检测仪、姿态仪、多普勒计程仪接收到的传感数据,并向电机组下达指令；电机组执行传感器的指令使缭绳产生收或放的动作，从而实现自动调整横杆位置；显示器显示内容包括时间、航向、航速、航程、风舷角、风速、坐标、蓄电池组电量，以及按钮档位：L/M/H档位，其中L档位对应航速小于5节，M档位对应航速小于10节,H档位对应航速大于15节；存储器存储控帆数据表及系统程序；MST按钮启动对控帆数据表的更新，控制器根据更新的控帆数据表控制帆船的运动；控制器中包含数据读取模块、数据处理模块、数据存储模块、PID控制器。

2.如权利要求1所述的主帆自动控制装置，其特征在于控帆数据表中有风舷角、风速、横倾角、纵倾角、航速和帆角六种类型的数据；风舷角、横倾角、纵倾角和帆角的默认精度为1°，风速默认精度为1m/s；适航风速默认极限值为18m/s，横倾默认极限值为左右各45°，纵倾默认极限值为前后各20°；对应的，每一个风舷角对应18个风速数据，每一个风速对应90个横倾数据，每一个横倾角对应40个纵倾角数据，每一个纵倾角对应一个帆角数据；风舷角数据有360个；风速数据为6480个，横倾角数据为583200个，纵倾角数据为23328000个，纵倾角与帆角一一对应；以上数据的精度、极限值通过人机交互界面进行自定义设置，相对应的每层数据量随之发生变化。

3.一种如权利要求2所述的主帆自动控制装置的最大船速跟踪和自学习方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：检测是否启动帆自动控制模式，如果是，转到下一步；否则帆自动控制系统不开启；

步骤二：通过人机交互界面设置控制器处理风速风向仪、多普勒计程仪、帆角检测仪、姿态仪数据的精度和极限值；

步骤三：风速风向仪、多普勒计程仪、帆角检测仪、姿态仪采集数据；

步骤四：控制器读取风速风向仪、多普勒计程仪、帆角检测仪、姿态仪采集的数据，根据控帆数据表处理数据，并输出控制指令到电机组；

步骤五：电机组根据控制器的控制指令通过绞盘、缭绳控制主帆，使帆角达到指定角度；

步骤六：检测船舶倾斜姿态是否在设定的安全范围内，否则松帆到安全值；

步骤七：通过PID技术进行帆角维持；如果检测到开启帆手动模式，则关闭帆自自动控制模式，结束帆自动控制步骤；

步骤八：如果检测到风舷角、风速、横倾角、纵倾角的改变，转到步骤三；

步骤九：如果检测到按下MST按钮，开始最大船速跟踪和自学习步骤；

步骤十：判断此时帆角和最优帆角的大小关系；记录帆角θ和船速v，收帆到θ’，检测此时v’，比较v和v’的大小关系；

步骤十一：如果v’＞v，说明此时帆角比最优帆角大，应该开始收帆，转到步步骤十三；否则进行步骤十二；

步骤十二：v’＜v，说明此时帆角比最优帆角小，应该开始松帆，转到步骤十四；

步骤十三：使帆角向最优帆角靠近，收帆到θ’，测船速v’，判断v’＞v，如果是，则θ＝θ’；重复步骤十三，直到v’＜v；如果检测船舶倾斜姿态超过了设定的安全范围，则松帆到安全值；转到步骤十五；

步骤十四：使帆角向最优帆角靠近；松帆到θ’，测船速v’，判断v’＞v，如果是，则θ＝θ’；重复步骤十四，直到v’＜v；如果检测船舶倾斜姿态超过了设定的安全范围，则松帆到安全值；转到步骤十五；

步骤十五：记录此时风速、横倾角、纵倾角数据，此时系统自动跟踪到最大船速，结束最大船速跟踪和自学习步骤，转到步骤七。