[发明专利]一种多余度船舶艏向控制方法及控制系统

说明书

本发明涉及一种多余度船舶艏向控制方法及船舶艏向控制系统，该方法包括：接收期望船舶航向参数和当前船舶航向参数；利用至少两个带有ID编号的舵令运算模块分别根据期望船舶航向参数和当前船舶航向参数计算偏航数据，并根据偏航数据计算舵机的动舵量作为舵令；根据预设ID编号优先级从至少两个带有ID编号的舵令运算模块指定一个主舵令运算模块，余下的舵令运算模块为备用舵令运算模块，选取主舵令运算模块计算的舵令作为控制舵令发送至舵机。本发明利用多个舵令运算模块分别根据偏航数据计算舵机的动舵量作为舵令，选取一个舵令运算模块作为主舵令运算模块，并以主舵令运算模块的舵令作为控制舵令发送至舵机，简便且实用性强。

技术领域

本发明涉及船舶控制系统冗余技术领域，尤其涉及一种多余度船舶艏向控制方法及控制系统。

背景技术

应用余度技术是提高系统任务可靠性、安全可靠性和容错能力的有效手段。对可靠性要求高的系统，仅采用提高组成系统元部件可靠性的办法，对提高系统的可靠性，效果并不显著，付出的代价却很大。采用余度技术，可采用可靠性相对不太高的元部件组成，高可靠性或超高可靠性的系统，即用付出超常规资源代价的方法，获得系统的高可靠性。从原理上分析，余度越高，安全性能越好，但计算更复杂且易产生误差，因此综合考虑，以多余度应用最为广泛。而采用完善的余度管理技术和表决算法，及时进行故障的隔离定位和屏蔽，就能够有效地保证系统实现两次故障工作、三次故障安全的要求。四冗余及余度管理常用于飞行控制系统中，而用于船舶控制系统中的较少。

目前，四冗余决策算法的关键技术有两点：

第一，为保证各余度计算机在比较和表决时的数据是同一次计算的结果，保证计算数据的一致性，就必须同步，使各余度计算机在同一时间内执行相同的计算周期，同步是表决算法的基础。

第二，针对四冗余的表决机制，无法像三余度只采取多数一致表决法，需要考虑到两两计算机的计算结果一致等问题，需要周全的表决机制。

自动舵又称自动操舵仪，是安装在船舶上的“方向盘”。自动舵通过液压装置控制船舶的舵叶，使船舶改变艏向，达到期望的方向。

自动舵主要有两个模式，即手动模式和自动模式。

手动模式下，使用者可以直接通过控制操舵手轮来改变舵叶的方向，进而使船舶按照手轮的转动方向改变艏向，如将手轮打左5度，则船舶艏向会左转5度。

按照自动模式分类，自动舵可分为航向自动舵和航迹自动舵。其中，航向自动舵的自动模式为航向控制模式，通过在设备界面上设定的期望航向，可以得到期望航向与船舶当前航向的差值，即偏航信号，指令控制单元根据偏航信号计算出舵机需要的动舵量即舵令，并送给舵机，舵机根据舵令动舵，使船舶艏向达到设定的期望航向。

冗余技术一般是指通过为系统引入多重资源(硬件和软件的冗余配置)，实现对系统冗余资源的有效合理管理，以达到提高系统安全性和可靠性的技术方法。

冗余表决机制具体如下：当前冗余算法较多地应用于航天航空领域，多采用双冗余、三冗余和四冗余结构。当余度大于2时，需要采取表决机制，选出最终应用的结果。常采用的表决机制有多数一致原则等。

在四冗余表决过程中，多个备份产生的结果会出现多种情况，当多个通道均正常工作时，可选择事先定义的优先级最高的通道输出作为表决输出，当多个通道中三个输出结果一致，一个故障，即3：1，或2：1：1时，可以采用多数一致的原则，采用多数通道的输出作为表决输出。当多个通道中两个通道的输出一致，另两个通道的输出一致，而两组结果不同时，无法根据多数一致的原则选出表决结果，无法判断哪两个通道的结果是正确的，已有的方法是选择置信度较高的一组为主通道，由主通道发出表决不一致的系统报警，并提示操舵人员进行干预。但是该方法由于需要外界干预操作，无法达到自主表决的目的，且易出现误判的问题。

因此，提供一种多余度船舶艏向控制方法及控制系统。

发明内容