容錯的船舶減搖裝置控制系統制造方法及圖紙

一種船舶減搖裝置控制系統（12），包括檢測來自回轉穩定器進動運動傳感器（10）和船舶橫搖傳感器（14）的傳感信號的可用性的傳感器錯誤檢測裝置（16）。所述控制系統（12）控制機械聯接到回轉穩定器（4）的陀螺儀致動器（8）的動作。采用提供過程控制變量的傳感器的錯誤傳感的好處是可用的過程控制變量（或傳感器）的感測數量可用于啟動控制模式的分層式系統。每個分層式控制模式設計成利用可用的過程控制變量以確保回轉穩定器（4）的安全有效運轉，所述回轉穩定器可容忍傳感器錯誤和電源損失。提供控制模式選擇器（18）以基于可用的過程控制變量的數量來選擇適當的控制模式。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種控制系統和方法，用于使由能夠產生橫搖運動的激振波浪力引起的海船運動穩定，尤其涉及，盡管不是專有地，一種包括回轉穩定器，并采用幾個控制模式以提供容錯控制的控制系統和方法。
技術介紹
當回轉穩定器用于海船以減弱橫搖運動時，船舶的橫搖運動引起飛輪進動，飛輪進動反過來產生對抗橫搖運動的扭矩。這意味著所引起的飛輪進動總處于適當的相位以減弱橫搖運動(如果所述進動不超過90° )。根據對由機械布置導致的進動的抵抗，當滾動旋轉率(側傾率)超過一定程度時，所引起的進動扭矩會使飛輪進動多于90° (過進動)。這導 致由飛輪產生的對抗橫搖的扭矩不穩定，因為對抗橫搖的扭矩會暫時為零。如果對進動的抵抗足夠大，以至于可以在峰值輸入情況期間避免所引起的過進動，那么穩定效應在更普遍的情況期間會被嚴格地限制。因此希望提供一種回轉穩定器控制系統以改變對進動的抵抗，或者主動地控制陀螺儀的飛輪進動運動。已知許多回轉穩定器控制系統，從由操作桿致動的手動的進動軸制動器到通常依靠感測的船舶橫搖運動和陀螺儀進動運動而對進動角的自動控制。手動的進動軸制動器由Schlick于1904年第一次提出，并由White于1907年進行描述，手動的進動軸制動器需要人工干預以避免在波浪環境中超出小范圍的設計條件的過進動。此后，美國公司Sperry開發了一種系統，該系統通過使用小陀螺儀和由開關轉換器控制的電力馬達以控制主陀螺儀的進動而處理了 Schlick陀螺儀的問題。在該系統中，進動率與船舶的側傾率成比例。盡管這些現有技術系統的性能在一些波浪環境中是卓越的，(高達95%的橫搖減少)，但是進動控制系統不適用于可變的波浪環境，因此簡單化的進動扭矩控制器限制了系統的性能。隨著專利技術了更輕和更便宜的減搖鰭，減搖鰭在當海船處于允許鰭產生水動升力的速度時工作良好，人們對回轉穩定器的興趣才減少。回轉穩定器對船舶具有零航速或低航速的應用具有特別的益處，而基于流體力學的系統具有少許效果或沒有效果。一些應用包括巡邏艇、豪華機動游艇、海上浮式生產系統和離岸工作船，但并不局限于這些應用，這些應用在低速或零速期間都具有重要的操作功能。這些應用推動人們重新有興趣味考慮用回轉穩定器控制由波浪引起的海船橫搖運動。因此，提出了用于回轉穩定器的更復雜的控制系統，以在寬范圍的操作條件內提供改進的船舶運動衰減性能。例如，在WO 2009/009074中，Rubenstein和Akers公開了一種控制方案，該控制方案使用姿態變化率和角速率傳感器用于船舶和回轉穩定器，以產生前饋部件。前饋部件與反饋部件、模式輸入(當前情況的指示，比如下水、停泊或以不同速度航行中)以及預定控制(當施加到回轉穩定器和/或其它船舶穩定設備時)的效果的預期一起使用以為陀螺儀和任何其它控制裝置產生資源分配向量。通過主動地控制回轉穩定器飛輪的進動，可以獲得在寬范圍的操作條件內安全有效的性能。對進動的主動控制需要將傳感器反饋作為過程控制變量來使用。如果過程控制變量由于傳感器誤差、系統電力損耗或其它故障而不適用于控制系統，那么主動控制系統會停止運轉。對于主動驅動的回轉穩定器，這會導致回轉穩定器的穩定作用的直接喪失，這在拿船舶的安全和/或舒適運轉冒險。隨著提供了數量增加的傳感器，從而允許使用對變化的海況和船舶運動反應更加迅速的更復雜的回轉穩定器控制算法，一個或多個傳感器發生故障的風險會增加。本專利技術以提供一種回轉穩定器控制系統和方法為目的而開發，該回轉穩定器控制系統和方法是容錯性的，減少了一個或多個傳感器發生故障的嚴峻風險。然而，應當明白的是，本專利技術的控制系統和方法還具有其它類型的船舶減搖裝置的應用，比如水動力減搖裝置。水動力減搖裝置的示例包括鰭、舵、T型水翼艇、截擊機、槽型減搖水艙、艉均衡翼板，其它類型的減搖裝置的示例包括可移動的壓載系統。本說明書提及現有技術是僅出于解釋性目的，在本說明中對現有技術的提及不應看作承認這些現有技術在澳大利亞或其它地區是公知知識的一部分。·
技術實現思路
根據本專利技術的一個方面，提供了一種減搖裝置控制方法，用于使由激振波浪力引起的海船運動穩定，所述方法包括以下步驟檢測進動運動傳感器信號的可用性(availability)或不可用性(otherwise),以及船舶橫搖運動傳感器信號的可用性或不可用性；當兩種傳感器信號都可用(available)時，選擇第一控制模式；當僅傳感器信號之一可用時，選擇第二控制模式；當兩種傳感器信號都不可用時，選擇第三控制模式，由此，在使用中，環境中最適當的控制模式被選擇，以提供能夠容忍進動運動傳感器信號和/或船舶橫搖運動傳感器信號無效的減搖裝置控制。通常，通過感測回轉穩定器的進動來獲得進動運動傳感器信號，回轉穩定器用于船舶減搖裝置系統中以使船舶穩定。或者或此外，在一些情況下，例如，可通過感測用于感測船舶運動的回轉傳感器的進動運動來獲得進動運動傳感器信號。船舶減搖系統可以或者不必采用回轉穩定器，然而在優選的實施例中，船舶減搖系統采用至少一個回轉穩定器。第一控制模式包括使用兩種傳感器信號和/或兩種傳感器信號的導出數(derivatives)作為過程控制變量,通過驅動進動或主動地對抗飛輪的橫搖所致自由進動以產生期望的進動運動來主動控制回轉穩定器的進動。第一控制模式包括比例積分微分(PID)控制器、模糊邏輯控制器、神經網絡控制、魯棒控制器、模型預測控制方法、適應控制方法，適應控制方法包括申請人的共同未決的國際申請No PCT/AU2011/XXXX的自動增益控制(AGC)控制器，該國際申請的細節在這里以參考或這些控制方法的組合的形式包含在內。第一控制模式對力分配方法做出反應，力分配方法感測其它減搖裝置的動作，并因此調節回轉穩定器控制器以提供減搖裝置的優化系統。第一控制模式要求或允許操作者輸入。第一控制模式使用測量的進動軸和船舶橫搖軸數據直接作為過程控制變量，或者第一控制模式包括預測元件，該預測元件提供對這些信號的未來狀態的預估，對這些信號的未來狀態的預估隨后用作控制的各種可能第一控制模式的輸入。第二控制模式包括使用回轉穩定器進動運動傳感器信號或船舶橫搖運動傳感器信號和/或這些信號的導出數作為過程控制變量，通過驅動進動或主動地阻尼飛輪的橫搖所致自由進動以產生期望的進動運動而主動控制回轉穩定器的進動。或者，第二控制模式包括以下步驟基于回轉穩定器進動運動傳感器信號和/或其計算導出數，使用具有或不具有自適應性的預測的或反應的控制方法計算適當的進動軸驅動或阻尼控制命令。優選地，第二控制模式包括以下步驟根據船舶橫搖運動傳感器信號預估進動運動；以及基于預估的進動運動和/或其計算導出數，使用具有或不具有適應能力的預測或反應的控制方法計算適當的進動軸驅動或阻尼控制命令。有利地，第二控制模式包括以下步驟從船舶橫搖運動傳感器信號中預估進動運動；以及基于預估的進動運動和/或其計算導出數，使用具有或不具有適應能力的預測或反應的控制方法計算出適當的進動軸驅動或阻尼控制命令。有利地，第二控制模式采用包括以下步驟的適應控制方法產生控制信號以在增加回轉穩定器飛輪的進動，直到基于從回轉穩定器進動軸運動導出的過程控制變量而可以預估到回轉穩定器進動軸運動會超過預先確定的界限；以及施加繞回轉穩定器進動軸的對控制信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.02.17 AU 20109006431.一種用于使由波浪激振力引起的海船運動穩定的減搖裝置控制方法，所述方法包括以下步驟 檢測進動運動傳感器信號的可用性或不可用性，以及船舶橫搖運動傳感器信號的可用性或不可用性； 當兩種所述傳感器信號都可用時，選擇第一控制模式； 當僅所述傳感器信號之一可用時，選擇第二控制模式； 當兩種所述傳感器信號都不可用時，選擇第三控制模式，由此，在使用中，在環境中最合適的控制模式被選擇，以提供能夠容忍所述進動運動傳感器信號和/或所述船舶橫搖運動傳感器信號不可用的減搖裝置控制。2.如權利要求I所述的減搖裝置控制方法，其中，所述進動運動傳感器信號通過感測在船舶減搖系統中采用的用于穩定船舶的回轉穩定器的進動而獲得。3.如權利要求2所述的減搖裝置控制方法，其中，所述第一控制模式涉及使用兩種傳感器信號和/或兩種傳感器信號的導出數作為過程控制變量，通過驅動進動或主動地對抗飛輪的橫搖所致自由進動以產生期望的進動運動來主動控制回轉穩定器的進動。4.如權利要求2所述的減搖裝置控制方法，其中，所述第二控制模式涉及使用所述回轉穩定器進動運動傳感器信號或所述船舶橫搖運動傳感器信號和/或所述信號的導出數作為過程控制變量，通過驅動進動或主動地阻尼飛輪的橫搖所致自由進動以產生期望的進動運動而主動控制回轉穩定器的進動。5.如權利要求2所述的減搖裝置控制方法，其中，所述第二控制模式包括以下步驟 基于所述回轉穩定器進動運動傳感器信號和/或其計算導出數，使用具有或不具有適應能力的預測的或反應的控制方法來計算適當的進動軸驅動或阻尼控制命令。6.如權利要求2所述的減搖裝置控制方法，其中，所述第二控制模式包括以下步驟 根據所述船舶橫搖運動傳感器信號預估進動運動；以及 基于預估的進動運動和/或其計算導出數，使用具有或不具有適應能力的預測的或反應的控制方法來計算適當的進動軸驅動或阻尼控制命令。7.如權利要求2所述的減搖裝置控制方法，其中，所述第二控制模式采用包括以下步驟的自適應控制方法 產生控制信號以增加所述回轉穩定器飛輪的進動，直到基于從所述回轉穩定器進動軸運動導出的過程控制變量而可以預估到回轉穩定器進動軸運動會超過預先確定的界限；以及 施加繞回轉穩定器進動軸的對控制信號做出響應的進動控制扭矩，由此，在使用中，可以獲得僅基于從回轉穩定器進動軸運動得到的過程控制變量而對船舶運動的自適應控制。8.如權利要求2或7所述的減搖裝置控制方法，其中，當所述回轉穩定器進動運動傳感器信號不可用時，所述船舶橫搖運動傳感器信號和/或其導出數可用于產生與所述回轉穩定器進動軸運動的預估相對應的預估的進動信號，在所述第二控制模式中，所述預估的進動信號代替所述回轉穩定器進動運動傳感器信號。9.如權利要求2所述的減搖裝置控制方法，其中，所述第三控制模式通過將保守的預置等級的制動或阻尼施加到進動軸來提供對回轉穩定器的進動的被動控制，所述進動軸設計成在操作狀況的期望范圍內，在高達最大設計海況時限制進動角在預先確定的界限內。10.如權利要求9所述的減搖裝置控制方法，其中，施...

【專利技術屬性】
技術研發人員：PD斯坦曼，T佩雷斯，
申請(專利權)人：維姆有限責任公司，
類型：
國別省市：