專利名稱：船舶的主機(jī)控制系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶的主機(jī)控制系統(tǒng)以及方法，特別是，涉及在多種模式之間切換調(diào)速器控制的主機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在船舶中的主機(jī)的調(diào)速控制中，一般使用PID控制等，進(jìn)行把實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)維持為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)的控制。另外，在這種把旋轉(zhuǎn)數(shù)維持為一定的控制中，提出了在謀求維持駕船性的同時(shí)提高燃油效率的目的下，當(dāng)實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)或者設(shè)定旋轉(zhuǎn)數(shù)的值超過了規(guī)定范圍時(shí)，變更PID控制部的增益的控制方法(專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I :日本特開2009-191774號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問題)然而，專利文獻(xiàn)I的構(gòu)成由于不是考慮了海象或者船速的控制，因此燃油效率改善的效果并不充分。本發(fā)明的目的是進(jìn)行配合海象的調(diào)速器控制，進(jìn)一步抑制主機(jī)的燃料消耗。(解決技術(shù)問題的技術(shù)方案)本發(fā)明的主機(jī)控制系統(tǒng)的特征是，具備控制單元，在多種控制模式下進(jìn)行主機(jī)的控制；控制量檢測(cè)單元，檢測(cè)主機(jī)的控制中的控制量；模式選擇單元，根據(jù)使用船速以及航行海域的波浪信息而推定的控制量的變動(dòng)量和檢測(cè)出的控制量，進(jìn)行控制模式的選擇。主機(jī)控制系統(tǒng)具備例如從所推定的變動(dòng)量計(jì)算控制量的允許偏差的允許偏差計(jì)算單元。此外，主機(jī)控制系統(tǒng)具備例如進(jìn)行允許偏差與控制量的控制偏差的比較的比較單元，控制模式的選擇例如根據(jù)比較單元中的比較進(jìn)行。由此，能夠以極簡單的構(gòu)成，進(jìn)行對(duì)應(yīng)海象的控制模式的選擇?？刂屏坷缡侵鳈C(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)，允許偏差計(jì)算單元計(jì)算例如考慮了來自主機(jī)的最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)的容限的允許偏差。另外，還可以具備用于變更容限的容限變更單元。由此，能夠更可靠地防止發(fā)生主機(jī)的過旋轉(zhuǎn)。允許偏差例如是根據(jù)變動(dòng)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差而計(jì)算的值。允許偏差例如為標(biāo)準(zhǔn)偏差的常數(shù)倍，還可以具備用于變更常數(shù)的常數(shù)變更單元。另外，當(dāng)允許偏差是標(biāo)準(zhǔn)偏差的常數(shù)倍時(shí)，常數(shù)例如是2 3. 5。允許偏差計(jì)算單元例如參照基于船速、波浪信息的數(shù)據(jù)庫計(jì)算變動(dòng)量。另外，變動(dòng)量例如是考慮了船舶的重量的值，數(shù)據(jù)庫也包括與船舶的重量有關(guān)的項(xiàng)目。由此，能夠以簡單的構(gòu)成迅速/正確地進(jìn)行配合海象的控制模式的切換。在所述控制模式中包括積極控制模式，例如積極地進(jìn)行由于波浪而變動(dòng)的控制量向目標(biāo)值的恢復(fù)；消極控制模式，例如進(jìn)行允許由波浪引起的控制量的變動(dòng)的程度的消極控制。當(dāng)控制量的值超過允許偏差時(shí)，模式選擇單元選擇積極控制模式。
模式選擇單元例如在從消極控制模式變更成積極控制模式以后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，禁止向消極控制模式的變更。這時(shí)，規(guī)定時(shí)間比主機(jī)的響應(yīng)時(shí)間長。由此，能夠防止在主機(jī)響應(yīng)之前返回到消極控制模式。另外，上述船速例如是對(duì)水船速，對(duì)水船速例如根據(jù)對(duì)地船速、測(cè)地信息和海流數(shù)據(jù)而計(jì)算。此外，主機(jī)控制系統(tǒng)具備例如用于輸入波浪信息的輸入單
J Li ο本發(fā)明的船舶的特征是具備上述主機(jī)控制系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的船舶的控制方法的特征是，在多種控制模式下控制主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)控制量，根據(jù)使用船速以及航行海域的波浪信息而推定的控制量的變動(dòng)量和檢測(cè)出的控制量，進(jìn)行控制模式的選擇。(發(fā)明的效果)依據(jù)本發(fā)明，能夠進(jìn)行配合海象的調(diào)速器控制，能夠進(jìn)一步抑制主機(jī)的燃料消耗。·
圖I是示出本實(shí)施方式的船舶用主機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的控制框圖。圖2是示出圖I的控制部的詳情的框圖。圖3是由比較部進(jìn)行的控制模式切換判定處理的流程圖。符號(hào)說明10 :主機(jī)控制系統(tǒng)11 :主機(jī)12 :控制臺(tái)13 :旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差計(jì)算部14 :控制部15:比較部16 :基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫17 :允許旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部
18 :測(cè)地/對(duì)地船速器19 :海流數(shù)據(jù)庫20 :對(duì)地船速修正部22 :消極控制運(yùn)算部23 :積極控制運(yùn)算部24 :切換部。
具體實(shí)施例方式以下，參照
本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I是示出作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的船舶的主機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的控制框圖。在主機(jī)控制系統(tǒng)10中，主機(jī)11的輸出軸(未圖示)直接、或者經(jīng)過變速器間接連接到推進(jìn)用的螺旋槳(未圖示)。主機(jī)11進(jìn)行反饋控制，使例如發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)(控制量)成為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)(目標(biāo)值)。目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)例如由駕船者C通過控制臺(tái)12設(shè)定。所設(shè)定的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)作為旋轉(zhuǎn)數(shù)指令No輸入到旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差計(jì)算部13。使用未圖示的傳感器檢測(cè)輸出軸的旋轉(zhuǎn)，作為實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)Ne輸入到旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差計(jì)算部13。在旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差計(jì)算部13中，計(jì)算檢測(cè)出的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)Ne與旋轉(zhuǎn)數(shù)指令No之間的旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(Ne - No)。計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(Ne — No)輸出到控制部14以及比較部15。在控制部14中，根據(jù)輸入的旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(Ne - No)計(jì)算作為操作量的調(diào)速器指令，控制主機(jī)11的操作端(燃料控制閥門或者蒸汽閥(未圖示))，調(diào)整燃料供給量。另外，在本實(shí)施方式中，比較部15具備計(jì)時(shí)器15C，在比較部15中，判定作為控制偏差的旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(Ne - No)以及計(jì)時(shí)器15C的值是否滿足規(guī)定條件(后述)。比較部15根據(jù)該判定，向控制部14輸出模式選擇信號(hào)，在控制部14中，根據(jù)模式選擇信號(hào)，進(jìn)行控制模式(后述)的選擇/切換。在本實(shí)施方式中，作為規(guī)定條件之一，例如判定旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差的絕對(duì)值I Ne — No I是否在允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt以內(nèi)。例如參照通過模擬或者實(shí)驗(yàn)等預(yù)先生成的基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫16，在允許旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部17中計(jì)算允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt。在本實(shí)施方式的基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫16 中，記錄對(duì)于波浪狀況(例如波高、波周期等)、對(duì)水船速、載荷的狀態(tài)(船的重量)的各值的組合的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差(旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差)σ，在允許旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部17中，從參照基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫16得到的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差σ，求出允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt (后述)。這里，波浪狀況和載荷的狀態(tài)(船的重量)由駕船者C經(jīng)過控制臺(tái)12輸入。另一方面，對(duì)水船速Vr從對(duì)地船速Vg和海流速度Vm求出。對(duì)地船速Vg例如使用GPS等測(cè)地/對(duì)地船速器18取得，海流速度Vm從由測(cè)地/對(duì)地船速器18得到的地點(diǎn)信息和海流數(shù)據(jù)庫19取得。即，在對(duì)地船速修正部20中使用對(duì)地船速Vg和海流速度Vm的值計(jì)算對(duì)水船速Vr，輸入到基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫16。接著，參照?qǐng)D2的控制框圖，說明控制部14的詳情。在本實(shí)施方式中，例如使用速度形的PID算法。在本實(shí)施方式中，作為控制模式，準(zhǔn)備消極控制模式(消極制御 一 K)和積極控制模式(積極制御*一卜0，來自旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差計(jì)算部13的旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(Ne-No)分別輸出到與消極控制模式相對(duì)應(yīng)的消極控制運(yùn)算部22、與積極控制模式相對(duì)應(yīng)的積極控制運(yùn)算部23。在消極控制運(yùn)算部22中，對(duì)于旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差分別實(shí)施I / Til、S、Tdi · S2的運(yùn)算(s是拉普拉斯算子)，然后，把3個(gè)值相加的同時(shí)，乘以控制增益Kpl，輸出到切換部24。另外，在積極控制運(yùn)算部23中，對(duì)于旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差分別實(shí)施I / Ti2、s、TD2 -S2的運(yùn)算，然后，把3個(gè)值相加的同時(shí)，乘以控制增益Kp2，輸出到切換部24。切換部24根據(jù)來自比較部15 (參照?qǐng)DI)的模式選擇信號(hào)，僅把與所選擇的控制模式相對(duì)應(yīng)的來自運(yùn)算部22、23的輸出選擇性地向積算部25輸出。在積算部25中，對(duì)于由切換部24選擇的來自消極控制運(yùn)算部22的輸出或者來自積極控制運(yùn)算部的輸出，實(shí)施積分運(yùn)算I / S，作為調(diào)速器指令(操作量)，向主機(jī)11的操作端輸出。這里，消極控制模式是進(jìn)行允許由波浪引起的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)(控制量)Ne的變動(dòng)的程度的消極控制的模式，在實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)Ne的變動(dòng)處在當(dāng)前波浪狀況中的通常的變動(dòng)范圍內(nèi)的情況下被選擇，特別是，在沒有發(fā)生由空轉(zhuǎn)等引起的過旋轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)的狀態(tài)下選擇。另外，積極控制模式是積極(早期)地進(jìn)行由于波浪而變動(dòng)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)(控制量)Ne向目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)(目標(biāo)值)No恢復(fù)的模式，在發(fā)生了在現(xiàn)狀的波浪狀況下通常不會(huì)發(fā)生的很大的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)Ne變動(dòng)的情況下被選擇。從而，消極控制運(yùn)算部22的Kpl設(shè)定為比積極控制運(yùn)算部23的Kp2小的值。另外，Til和Ti2、TD1和Td2根據(jù)控制對(duì)象的頻率特性設(shè)定，通常設(shè)定為大致相同的值，但是當(dāng)干擾和控制對(duì)象的頻率特性相似時(shí)，可以在Tn、Ti2的組和TD1、Td2的組中分別給出不同的值(每組類似的值)。接著，參照?qǐng)DI以及圖3的流程，說明在比較部15中執(zhí)行的處理以及規(guī)定條件的具體例子。另外，本實(shí)施方式的調(diào)速器系統(tǒng)具備手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式，當(dāng)由駕船者C選擇了自動(dòng)控制模式時(shí)，開始圖3的流程表示的處理。另外，在剛剛選擇了自動(dòng)控制模式以后，選擇消極控制模式，從比較部15向控制部14輸出與消極控制模式相對(duì)應(yīng)的模式選擇信號(hào)。另外，在手動(dòng)控制模式下，例如，通常選擇積極控制模式。在步驟SlOO中，計(jì)時(shí)器15C的計(jì)數(shù)值CN設(shè)定為O。然后，在步驟S102中，判定旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差的絕對(duì)值I Ne-No I是否小于允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt。如果判定為絕對(duì)值I Ne — No I小于允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt,則在步驟S104中，判定計(jì)時(shí)器15C的計(jì)數(shù)值CN是否大于預(yù)先設(shè)定的 規(guī)定值CS。在步驟S104中，如果判定為CN > CS，則在步驟S106中，輸出到控制部14的模式選擇信號(hào)切換成與消極控制模式相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，處理返回到步驟S102。另一方面，在步驟S104中，如果判定為不是CN > CS，則處理立即返回到步驟S102。另外，在步驟S102中，如果判定為不是I Ne —No I <Λ Nt，則在步驟S108中，判定當(dāng)前的模式選擇信號(hào)是否與消極控制模式相對(duì)應(yīng)。如果是消極控制模式，則在步驟SllO中，復(fù)位計(jì)數(shù)值CN的同時(shí)，起動(dòng)計(jì)時(shí)器15C，開始計(jì)數(shù)值CN的每個(gè)規(guī)定時(shí)間的計(jì)數(shù)。然后，在步驟S112中，輸出到控制部14的模式選擇信號(hào)切換成與積極控制模式相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，處理返回到步驟S102。另外，在步驟S108中，如果判定為當(dāng)前輸出的模式選擇信號(hào)不是消極控制模式，則處理立即返回到步驟S102。S卩，依據(jù)比較部15中的上述處理，在從消極控制模式向積極控制模式的切換中，如果判定為旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差的絕對(duì)值I Ne — No I大于允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt，則立即進(jìn)行控制模式的切換。另一方面，在從積極控制模式向消極控制模式的切換中，在選擇了積極控制模式以后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)(與規(guī)定值CS相對(duì)應(yīng))，禁止控制模式的切換，在該期間不會(huì)變更模式選擇信號(hào)?？刂颇Ｊ角袚Q的禁止在經(jīng)過規(guī)定時(shí)間以后解除，如果判定為旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差的絕對(duì)值INe-No I小于允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt，則從積極控制模式向消極控制模式切換?？紤]了例如在剛剛將控制模式切換為積極控制模式以后，防止比發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)的響應(yīng)還快的控制模式向消極控制模式的返回或者負(fù)荷變動(dòng)的周期，決定上述規(guī)定時(shí)間(設(shè)定值CS)。即，設(shè)定把對(duì)于主機(jī)的操作端的輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)響應(yīng)一階延時(shí)(一次遅札)地單純化時(shí)的時(shí)間常數(shù)、以及比由能夠?qū)嵤┳詣?dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)得到的波浪狀況而引起的負(fù)荷變動(dòng)周期還長的時(shí)間(例如8 12秒左右)。接著,說明允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt。在本實(shí)施方式中，允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt作為發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差(標(biāo)準(zhǔn)偏差)σ的常數(shù)倍，例如2 3. 5倍，更優(yōu)選的是2. 5 3倍，在允許旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部17中計(jì)算。即，旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差的絕對(duì)值I Ne — No I比允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt大的情況在通常的旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)的范圍內(nèi)幾乎不可能，在這種情況下，認(rèn)為需要積極控制。另外，該常數(shù)優(yōu)選能夠由駕船者C設(shè)定/變更。另外，如果目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)(旋轉(zhuǎn)數(shù)指令)No和允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt之和(No+Λ Nt)比主機(jī)11的最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)Nm大，則具有實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)Ne超過最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)Nm的可能性。從而，在本實(shí)施方式中，允許旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部17具備把Λ Nt的值自動(dòng)地變更為比(Nm — No)小的值的功能，使得和(No + ANt)的值不超過最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)Nm。這時(shí)，優(yōu)選的是在Λ Nt的值與(Nm— No)的值之間設(shè)置旋轉(zhuǎn)數(shù)容限— ^ >)，旋轉(zhuǎn)數(shù)容限例如能夠由駕船者C設(shè)定/變更。即，允許旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部17從所設(shè)定的容限和主機(jī)10的最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)，修正并輸出上述的允許旋轉(zhuǎn)數(shù)Λ Nt。另外，如以下那樣使用流體分析預(yù)先求出發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差σ。即，對(duì)于各種狀況中的船舶的對(duì)水速度(對(duì)水船速)、波高、波頻率(波浪信息)、船舶的重量等的組合，通過考慮船體運(yùn)動(dòng)的流體分析，計(jì)算對(duì)于推進(jìn)用螺旋槳的流入速度的變動(dòng)，根據(jù)該螺旋槳流入速度的變動(dòng)，求出對(duì)于各組合的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差σ。 更詳細(xì)地進(jìn)行說明，如果螺旋槳形狀(例如螺距)是已知的，則從螺旋槳流入速度，在螺旋槳效率最大的條件下，唯一地決定最佳的螺旋槳旋轉(zhuǎn)速度。從而，與螺旋槳直接或者經(jīng)過變速器連接的主機(jī)輸出軸對(duì)于最佳螺旋槳旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)作為其常數(shù)倍被計(jì)算。從該發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)的模擬，計(jì)算對(duì)于對(duì)水船速、波浪信息(波高、波頻率)、船舶的重量的各組合的主機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。另外，在船體重量極大的船舶中，由于船體運(yùn)動(dòng)小，因此能夠省略考慮船體運(yùn)動(dòng)的模擬。這種情況下，能夠從基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫減去與船體重量有關(guān)的項(xiàng)目，也不再需要由駕船者C輸入與船體重量有關(guān)的信息。這種情況下，駕船者C只要通過控制臺(tái)12僅輸入波浪信息和目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)即可。另外，在大型油輪等中，也可以是僅準(zhǔn)備空載時(shí)和滿載時(shí)的數(shù)據(jù)，駕船者C選擇兩者中的某一種的構(gòu)成。如上所述，依據(jù)本實(shí)施方式，能夠從當(dāng)前的對(duì)水船速和波浪信息配合海象而適當(dāng)?shù)剡x擇主機(jī)的控制模式，能夠大幅度地抑制燃料消耗。特別是，在本實(shí)施方式中，根據(jù)從當(dāng)前的對(duì)水船速、波浪信息推定的主機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)的旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差(標(biāo)準(zhǔn)偏差)求出旋轉(zhuǎn)數(shù)變動(dòng)的允許偏差，根據(jù)該偏差進(jìn)行控制模式的切換，因此能夠以極簡單的構(gòu)成實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于海象的調(diào)速器控制。特別是，在波高數(shù)米的波浪狀況下在遠(yuǎn)洋航行時(shí)，與現(xiàn)有的使用一般的主機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)控制的船舶相比較，具有1% 2%的燃油效率改善效果。另外，在本實(shí)施方式中，預(yù)先模擬與各種船速、波浪信息相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差(標(biāo)準(zhǔn)偏差)，并將這些關(guān)系作為數(shù)據(jù)庫保存/利用，因此能夠以簡單的構(gòu)成迅速地求出對(duì)應(yīng)于當(dāng)前的船速、波浪信息的基準(zhǔn)偏差。此外，在本實(shí)施方式中，由于從由測(cè)地/對(duì)地船速器得到的數(shù)據(jù)和海流數(shù)據(jù)庫的信息得到當(dāng)前的更正確的對(duì)水船速，因此能夠以高精度進(jìn)行控制模式的切換。另外，在本實(shí)施方式中，由于船舶的重量也成為基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫中的旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差分類的一個(gè)項(xiàng)目，同時(shí)，通過輸入載荷的狀態(tài)，把握船舶的正確的重量，因此能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)數(shù)基準(zhǔn)偏差的更正確的推定。另外，在本實(shí)施方式中，由于按照與主機(jī)的最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系進(jìn)行允許偏差的修正，因此防止主機(jī)的過旋轉(zhuǎn)。此外，通過在允旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差和目標(biāo)值之和與最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)之間設(shè)置容限并使其能夠調(diào)整，從而能夠進(jìn)行更靈活并且安全的調(diào)速器控制。
另外，在本實(shí)施方式中，該自動(dòng)控制中，準(zhǔn)備消極控制模式和積極控制模式這兩種控制模式，但是例如也可以進(jìn)一步把固定燃料指數(shù)的燃料模式添加為自動(dòng)控制中的控制模式。這種情況下，例如，把比上述的允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(第I允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差)小的第2允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差，在消極控制模式與燃料模式之間的切換判定中使用，當(dāng)旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差比第2允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差大時(shí)，切換為消極控制模式，例如在規(guī)定時(shí)間期間，在旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差沒有超過第2允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差的情況下，進(jìn)行從消極控制模式向燃料模式的切換。另外，也可以僅用積極控制模式和燃料模式構(gòu)成自動(dòng)控制，還能夠在自動(dòng)控制中使用把其它的物理量作為控制量的控制模式(例如使用轉(zhuǎn)矩傳感器等的輸出控制)或者與它們的組合。此外，在本實(shí)施方式中，雖然使用了速度形的PID，但也可以是其以外的控制形式。另外，還能夠把本發(fā)明適用在反饋控制以外的情況。另外，在本實(shí)施方式中，使用對(duì)于船速、波浪信息、船舶的重量的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差(標(biāo)準(zhǔn)偏差)的數(shù)據(jù)庫，但是也能夠采取近似式或者并用數(shù)據(jù)庫和插補(bǔ)式的構(gòu)成。另外，也能夠從標(biāo)準(zhǔn)偏差以外的值求出旋轉(zhuǎn)數(shù)(控制量)的允許偏差。即，也能夠從
表示控制量的變動(dòng)的分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差以外的代表值計(jì)算，例如，能夠求出控制量的變動(dòng)的各周期中的最大值、最小值與控制量的平均值之差，并從其平均值求出允許偏差。另外，在本實(shí)施方式中，把控制偏差與允許偏差進(jìn)行了比較，但是也可以把目標(biāo)值和允許偏差之和與控制量進(jìn)行比較。另外,在由海流產(chǎn)生的影響少時(shí),代替對(duì)水船速也可以考慮使用對(duì)地船速。在本實(shí)施方式中，通過目視確認(rèn)波浪信息，由駕船者輸入，但是也可以使用傳感器等自動(dòng)地取得這些信息。
權(quán)利要求
1.一種船舶的王機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于具備 控制單元，在多種控制模式下進(jìn)行主機(jī)的控制； 控制量檢測(cè)單元，檢測(cè)所述控制中的控制量； 模式選擇單元，根據(jù)使用船速以及航行海域的波浪信息而推定的所述控制量的變動(dòng)量和檢測(cè)出的所述控制量，進(jìn)行所述控制模式的選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于具備允許偏差計(jì)算單元，所述允許偏差計(jì)算單元從所推定的所述變動(dòng)量計(jì)算所述控制量的允許偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于具備進(jìn)行所述允許偏差與所述控制量的控制偏差的比較的比較單元，根據(jù)所述比較進(jìn)行所述控制模式的選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中任一項(xiàng)所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制量是所述主機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述允許偏差計(jì)算單元計(jì)算考慮了來自所述主機(jī)的最大額定旋轉(zhuǎn)數(shù)的容限的允許偏差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于具備用于變更所述容限的容限變更單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述允許偏差是根據(jù)所述變動(dòng)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差而計(jì)算的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述允許偏差為所述標(biāo)準(zhǔn)偏差的常數(shù)倍，所述主機(jī)控制系統(tǒng)具備用于變更所述常數(shù)的常數(shù)變更單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述常數(shù)是2 3.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述允許偏差計(jì)算單元參照基于所述船速、所述波浪信息的數(shù)據(jù)庫計(jì)算所述變動(dòng)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述變動(dòng)量是考慮了所述船舶的重量的值，所述數(shù)據(jù)庫也包括與所述船舶的重量有關(guān)的項(xiàng)目。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述控制模式中包括積極控制模式，積極地進(jìn)行由于波浪而變動(dòng)的所述控制量向所述目標(biāo)值恢復(fù)；消極控制模式，進(jìn)行允許由波浪引起的所述控制量的變動(dòng)的程度的消極控制；當(dāng)所述控制量的值超過所述允許偏差時(shí)，所述模式選擇單元選擇所述積極控制模式。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述模式選擇單元在從所述消極控制模式變更成所述積極控制模式以后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，禁止向所述消極控制模式的變更。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述規(guī)定時(shí)間比所述主機(jī)的響應(yīng)時(shí)間長。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述船速是對(duì)水船速。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述對(duì)水船速根據(jù)對(duì)地船速、測(cè)地信息和海流數(shù)據(jù)而計(jì)算。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至16中任一項(xiàng)所述的主機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于具備用于輸入所述波浪信息的輸入單元。
18.一種船舶，其特征在于具備權(quán)利要求I至17中任一項(xiàng)所述的主機(jī)控制系統(tǒng)。
19.一種船舶的主機(jī)控制方法，其特征在于，在多種控制模式下控制主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)控制量，根據(jù)使用船速以及航行海域的波浪信息而推定的控制量的變動(dòng)量和檢測(cè)出的所述控制量，進(jìn)行所述控制模式的選擇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種船舶的主機(jī)控制系統(tǒng)以及方法。通過模擬而計(jì)算考慮了對(duì)于各種波高、波周期、對(duì)水船速、船舶的重量等的組合的船體運(yùn)動(dòng)的螺旋槳流入速度。根據(jù)所計(jì)算的螺旋槳流入速度的變動(dòng)，計(jì)算主機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)的變動(dòng)，求出標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。把這些結(jié)果作為基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫(16)。參照基準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)庫(16)，從航行中的波高、波周期、對(duì)水船速、船舶的重量求出標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差△Nt。在控制部(14)中進(jìn)行主機(jī)(11)的PID控制，設(shè)置增益不同的多種控制模式。根據(jù)比較部(15)中的旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差與允許旋轉(zhuǎn)數(shù)偏差△Nt的比較，切換控制部(14)的控制模式。
文檔編號(hào)B63H21/21GK102811903SQ201180014910
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者辻康之, 稻見昭一, 宮田淳也 申請(qǐng)人:三井造船株式會(huì)社