[发明专利]一种翼舵和主舵转角比无级可调的传动装置及控制方法

说明书

本发明公开一种翼舵和主舵转角比无级可调的传动装置及控制方法，第一圆台在两个水平位置调节机构和竖直位置调节机构的共同作用下，可与翼舵杆上第二圆台的不同位置接触，进而实现翼舵与主舵转角比的无级可调。同时设计了基于区间—人工免疫算法的上层控制器和基于自适应Backstepping控制策略的下层控制器。上层控制器优化出所需主、翼舵转角，下层控制器控制液压装置，以此来提高船舶运动的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种船舶的操舵技术，具体地说是一种翼舵和主舵转角比无级可调的传动装置及控制方法。

背景技术

在船舶运动操纵控制中，主要是通过操纵舵与螺旋桨耦合作用来实现的。为了提高船舶操纵灵活性，要求舵尽可能的将前进的推力转变为船舶运动的横向力，即产生尽可能大回转舵力矩。而襟翼舵是将舵按一定的比例分为主舵和翼舵两个部分，通过传动装置使主舵与翼舵之间产生一个夹角，将具有流线型舵叶变成一个具有拱度舵叶，比普通的舵能产生更大的横向力及力矩。

目前工程应用常见的襟翼舵，主舵与翼舵之间多用齿轮、导杆传动、铰链式等传动方式。这些传动装置的共同特点就是主舵与翼舵之间的转角比是为定值，即主舵与翼舵的转动角度成固定比例。这种襟翼舵相比传统对称剖面舵，提高了控制性能，但由于转角比固定，使得船舶控制性能受到了限制。

转角比无级可调的襟翼舵比普通的襟翼舵具有更高的控制自由度，使得船舶航向运动控制具有更大的灵活性。因此，引起了国内外专家学者及工程师的广泛关注。也获得一些研究成果。例如，专利申请号200710072690.1，名称为“船舶舵/翼舵任意转角比传动装置”的专利申请文件中公开了一种“在舵上面增加一个相对独立的控制面，改善舵的航向控制性能”的技术方案。但是其传动机构相对复杂，结构臃肿，不能完全适用于提高船舶的水动力性能。专利申请号200910071806.9，名称为“滑块式船舶襟翼舵任意转角比传动装置”的专利申请文件中公开了一种“利用滑块机构实现翼舵转动”的技术方案。但其传动装置安放在船体外部，导致船体结构不规则，影响船体的水动力性能，而且长期置于水中，亦不利于装置的维护保养。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于公开一种结构简单、易于控制的翼舵和主舵转角比无级可调的传动装置及控制方法。

技术方案：本发明的一种翼舵和主舵转角比无级可调的传动装置，包括封装壳体、安装于封装壳体下方的主舵及主舵杆和翼舵及翼舵杆，封装壳体中设有上下水平平行放置的第一水平导轨和第二水平导轨，且第一水平导轨和第二水平导轨在同一垂直平面内，第一水平导轨和第二水平导轨两端之间分别竖直连接于传动轴和花键轴，第一水平导轨和第二水平导轨还分别设有对应的第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构，第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构之间安装有竖直位置调节机构；传动轴与主舵杆之间平行设置且通过齿轮啮合，花键轴上设有第一圆台，该第一圆台与翼舵杆上的第二圆台相适配，翼舵杆上底部设有翼舵杆夹紧机构；其中，第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构分别可沿第一水平导轨和第二水平导轨花键轴上的第一圆台在竖直位置调节机构的作用下上下移动；两个水平位置调节机构与竖直位置调节机构共同作用下实现第一圆台在主舵面内移动与定位。

上述的两个水平位置调节机构与对应的水平导轨相配合，能够使得四连杆机构沿水平导轨方向延伸和缩短；通过竖直位置调节机构、第一圆台以及第二圆台等部件配合，第一圆台能够沿竖直方向上下移动。

进一步，所述第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构均包括一个四连杆机构和对应的水平液压杆，所述四连杆机构包括四根通过铰链相连的连接杆，每相邻两个连接杆的连接处均设置一个皮带轮，四个皮带轮之间依次通过皮带连接；所述传动轴和花键轴分别穿过一组相对的皮带轮，且这两个皮带轮之间连接水平液压杆。