[发明专利]一种无人船稳定控制方法及推进装置

权利要求书

1.一种无人船稳定控制方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一：在航行过程中，船体受到来自各个方向的水浪的冲击，装配在船体四周且等高设置的多个三向力传感器接收冲击信号，并将冲击信号转化为X方向、Y方向和Z方向的力信号，再将三向力信号传输至控制器，经控制器处理后得到船体所受X方向冲击合力、Y方向冲击合力和Z方向冲击合力；

步骤二：控制器判断船体所受X方向冲击合力和Z方向冲击合力是否超过各自方向的预设值，并对船体所受X方向冲击合力和Z方向冲击合力进行分析，得到X方向冲击合力在船体上作用点位置和力臂以及Z方向冲击合力在船体上作用点位置和力臂；由于推进装置二中置于船尾，推进装置一置于船体重心与船头之间，若控制器判断出Z方向冲击合力超过预设值，则继续判断船体所受Z方向冲击合力在船体上的作用点位置在船头或船尾，若作用点处在船头与船体重心之间，则在不改变推进装置一中螺旋桨一的自转转速情况下，控制器通过船体纵摇力矩平衡公式计算获得抵消船体纵摇所需推进装置二中螺旋桨二的自转转速n₂，若作用点处在船尾与船体重心之间，则在不改变螺旋桨二的自转转速情况下，控制器通过船体纵摇力矩平衡公式计算获得抵消船体纵摇所需的螺旋桨一的自转转速n₁；然后，若控制器判断出X方向冲击合力超过预设值，则在保持螺旋桨一的自转转速n₁和螺旋桨二的自转转速n₂前提下，通过船体横摇力矩平衡公式计算获得船体抵消横摇所需推进装置一中双输出轴电机的偏转角度α；

步骤三：推进装置一中的双输出轴电机接收到来自控制器的执行信号，使得双输出轴电机偏转角度α，带动螺旋桨一偏转α的角度来改变螺旋桨一推力方向，使螺旋桨一推力对船体的力矩抵消X方向冲击合力对船体的力矩，从而抵消船体的横摇；

步骤四：当Z方向冲击合力作用点处在船头与船体重心之间时，推进装置二接收到来自控制器的执行信号，使得螺旋桨二的自转转速调节至步骤二中计算得到的n₂大小，使螺旋桨二推力对船体的力矩与螺旋桨一推力对船体的力矩的差值抵消Z方向冲击合力对船体的力矩，从而抵消船体的纵摇；当Z方向冲击合力作用点处在船尾与船体重心之间时，推进装置一接收到来自控制器的执行信号，使得螺旋桨一的自转转速调节至步骤二中计算得到的n₁大小，使螺旋桨二推力对船体的力矩与螺旋桨一推力对船体的力矩的差值抵消Z方向冲击合力对船体的力矩，从而抵消船体的纵摇；

步骤五：实时重复步骤一至步骤四，使得控制器对推进装置一中螺旋桨一的自转转速和偏转角度及推进装置二中螺旋桨二的自转转速进行实时调整，以抵消船身的横摇和纵摇；且当船体所受X方向和Z方向冲击合力小于预设值时，控制器控制推进装置一中螺旋桨一的自转转速和偏转角度及推进装置二的自转转速回复至初始值。

2.根据权利要求1所述的一种无人船稳定控制方法，其特征在于：所述的双输出轴电机带动螺旋桨一偏转角度α的计算过程，具体如下：

所述螺旋桨一的推力F₂在X方向的分力F₃、X方向冲击合力F₁、F₃的力臂h₂和F₁的力臂h₁满足船体横摇力矩平衡公式，船体横摇力矩平衡公式如下：

F₃*h₂＝F₁*h₁

又根据螺旋桨推力计算公式，螺旋桨一的推力F₂、液体密度ρ、螺旋桨一自转转速n₁、螺旋桨一叶片直径D₁以及螺旋桨一推力系数k_T1满足如下关系式：

则得到如下公式：

因此，在船身受到F₁的冲击时，螺旋桨一需要偏转的角度α满足如下公式：