[发明专利]一种船用太阳能风帆的智能控制器及控制方法

权利要求书

1.一种船用太阳能风帆的智能控制方法，采用船用太阳能风帆的智能控制器实现，该船用太阳能风帆的智能控制器包括太阳能风帆、滚珠丝杆及配套齿轮齿条、直流减速电机、电机驱动器和滚动圆筒，其中齿轮与太阳能风帆通过螺纹加固并与齿条啮合；齿条固定在丝杆电机式滑轨上，丝杆电机式滑轨的一端与第一直流减速电机相连，通过此第一直流减速电机驱动与太阳能风帆相连的滚珠丝杆，使齿条移动进而控制太阳能风帆帆翼的风向追踪；滚动圆筒内部通过焊接结构与丝杆电机式滑轨相连，滚动圆筒外部与船顶凹槽接触并与第二直流减速电机相连，用于驱动风帆起落，最后由固定装置固定，还包括正交编码器、行程开关、风速仪、风向仪、辐照传感器、GPRS模块、GPS模块以及微控制装置，其中：正交编码器和行程开关与微控制装置的输入IO端口电连接；微控制装置的输出IO端口与电机驱动器电连接；GPRS模块、GPS模块、风速仪、风向仪和辐照传感器，其输入输出端分别与微控制装置的双向IO端口电连接，其特征是该船用太阳能风帆的智能控制方法包含以下步骤：

S1，计算分析时间到，开始运行主函数；

S2，通过GPRS模块请求风速、风向预报值；

S3，对整个计算分析周期内实测的风速、风向、辐照功率进行滤波处理；采取的滤波方式是算数平均滤波法，通过周期内采样的若干个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算其数据的算数平均值，以消除噪声带来的误差；

S4，通过预报数据计算第一未来风能（1），通过实测数据计算第二未来风能（2）、当前风能、未来光能；

S5，通过比较两个未来风能的差值，判断当前风能的稳定情况；风能较稳定的情况下，将第一未来风能（1）带入计算，风能不稳定的情况下，将第二未来风能（2）带入计算；

S6，执行扬帆状态阈值算法，或执行收帆状态阈值算法；

在执行扬帆状态阈值算法过程中，包括以下步骤：

a. 计算出只调节风帆角度的第一直流减速电机位置；

b. 根据未来光能计算去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的光能；

c. 根据带入计算的未来风能计算去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的风能；

d. 通过两个嵌套的判断得出结论，给电机驱动器相应的控制信号；

所述两个嵌套的判断过程是：判断去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的光能是否大于去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的风能，且去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的光能大于当前风能，是，则控制第二直流减速电机完成收帆；不是，则进行内层判断：是否满足去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的风能大于当前风能，且去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的风能大于去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的光能，是，则控制第一直流减速电机调节帆向角，否，则保持第一直流减速电机位置不变；

在执行收帆状态阈值算法过程中，包括以下步骤：

a. 计算如果控制太阳能风帆处于扬帆状态下的第一直流减速电机位置；

b. 计算去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的风能；

c. 判断去掉姿态变换能量损耗的未来可获得的风能是否大于未来光能，是，则控制第二直流减速电机完成扬帆并控制第一直流减速电机运行到指定位置；不是，则保持第二直流减速电机位置不变。

2.根据权利要求1所述的船用太阳能风帆的智能控制方法，其特征是微控制装置包括CPU、模数转换器、定时器和串口模块，其中：模数转换器的输入端与辐照传感器电连接；定时器输入端与正交编码器输出端电连接；串口模块与风速仪和风向仪电连接，CPU通过导线与模数转换器、定时器和串口模块相连。

3.根据权利要求1所述的船用太阳能风帆的智能控制方法，其特征是固定装置由圆管座和滑动卡环组成，其中：圆管座位于滚动圆筒下部，支撑滚动圆筒；滑动卡环内嵌在圆管座内，与滚动圆筒配合，减少滚动圆筒转动时的摩擦并进一步限制滚动圆筒，使其只能做轴向的旋转运动。