專利名稱：船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，特別涉及船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
背景技術(shù)：
在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的控制中，以設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速無差異的方式進(jìn)行 PID(比例-積分-微分)控制。但是，在惡劣氣候時(shí)，由于螺旋槳產(chǎn)生的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩急劇變化，因此，在利用設(shè)想正常氣候情況下的航行的增速的PID控制中，不能獲得充分的應(yīng)答性能，存在由于超速而引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障的危險(xiǎn)。對(duì)于這樣的問題，提出了預(yù)測(cè)由于干擾所產(chǎn)生的螺旋槳轉(zhuǎn)速的變動(dòng)而改變PID控制的增速的構(gòu)成的方案(專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平8-200131號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的課題)但是，在也包含專利文獻(xiàn)1的、船舶中一般的調(diào)速裝置的PID控制中，為了將轉(zhuǎn)速維持在一定，作為推進(jìn)系統(tǒng)，效率不一定較高。本發(fā)明鑒于上述問題，目的在于配合螺旋槳流入速度的變動(dòng)，以效率較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)主機(jī)而實(shí)現(xiàn)燃油效率的提高。(用于解決課題的方法)本發(fā)明的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的特征在于，包括螺旋槳流入速度把握機(jī)構(gòu)，把握螺旋槳流入速度；轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)，控制主機(jī)的轉(zhuǎn)速；以及修正機(jī)構(gòu)，配合螺旋槳流入速度的變動(dòng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)中的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的修正；修正機(jī)構(gòu)對(duì)于螺旋槳流入速度的變動(dòng)，在效率曲線圖上沿效率不降低的路徑而實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)的移動(dòng)，并修正目標(biāo)轉(zhuǎn)速。優(yōu)選修正中的控制點(diǎn)的移動(dòng)為沿著效率曲線的移動(dòng)。因此，能夠大致保持螺旋槳的迎角一定。螺旋槳流入速度例如實(shí)測(cè)或者從相關(guān)的其他物理量中推定。作為用于推定的物理量，包括例如船速、波的圓頻率、波高。此外，作為物理量，包括例如螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩。(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明，能夠配合螺旋槳流入速度的變動(dòng)，以效率較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)主機(jī)，而實(shí)現(xiàn)燃油效率的提高。
圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的方框圖。圖2是將橫軸作為轉(zhuǎn)速、縱軸作為螺旋槳流入速度的效率曲線圖。圖3是圖2的控制點(diǎn)P的周圍的放大圖。圖4是示出第一實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的變形例的構(gòu)成的方框線圖。圖5是示出第二實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的方框線圖。
圖6是示出第三實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的方框線圖。圖7是示出轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部的構(gòu)成的方框圖。圖8是示出轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部的另一構(gòu)成的方框圖。圖9是示出轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部的另一構(gòu)成的方框圖。圖10是示出轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部的另一構(gòu)成的方框圖。符號(hào)說明10、10，、10”船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)11 船體12 主機(jī)13 主軸14螺旋槳15燃料噴射裝置16PID 運(yùn)算部17、17，、18 運(yùn)算部20、30、40負(fù)載轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部C控制裝置S控制對(duì)象。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成的方框圖。本實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10將船體11、主機(jī)12、主軸13、螺旋槳14等作為控制對(duì)象S，在主機(jī)12中從控制裝置C的燃料噴射裝置(致動(dòng)器)15供應(yīng)燃料。在連接主機(jī)12與螺旋槳14的主軸13上設(shè)有檢測(cè)主軸13或者主機(jī)12的實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne (或者角速度ωΕ)的現(xiàn)有的周知的轉(zhuǎn)速(角速度)傳感器(未示出)。控制系統(tǒng)10將主軸轉(zhuǎn)速(或者發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)作為轉(zhuǎn)速指令(目標(biāo)值)進(jìn)行例如 PID控制，在主軸13中檢測(cè)的實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne向輸入側(cè)反饋。即，轉(zhuǎn)速指令與實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne之間的偏差被輸入PID運(yùn)算部16。來自PID運(yùn)算部16的輸出作為調(diào)速指令向燃料噴射裝置15 輸出，并且調(diào)整向主機(jī)12的燃料供應(yīng)量。此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)應(yīng)于波浪等影響所產(chǎn)生的螺旋槳流入速度的變動(dòng)(例如約10秒的周期)而改變轉(zhuǎn)速指令。在第一實(shí)施方式中，螺旋槳流入速度使用設(shè)置于船尾的周知的流速計(jì)進(jìn)行實(shí)測(cè)。利用流速計(jì)所得到的螺旋槳流入速度的信號(hào)在控制裝置C的運(yùn)算部17中變換為指令轉(zhuǎn)速修正信號(hào)并附加于轉(zhuǎn)速指令信號(hào)。另外，流速計(jì)可以是任意形式的流速計(jì)。接著，參照?qǐng)D2對(duì)本實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)速指令的修正控制的原理進(jìn)行說明。圖2是將橫軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、將縱軸作為螺旋槳流入速度時(shí)的效率曲線圖，在本實(shí)施方式中，螺旋槳效率與主機(jī)的燃油效率合并的效率(兩者的乘積)以等值線來表示。例如，在作為目標(biāo)的控制點(diǎn)被設(shè)定為點(diǎn)P時(shí)，當(dāng)由于波浪的影響而在螺旋槳流入速度中發(fā)生ΔΥ的變動(dòng)時(shí)，在現(xiàn)有的使轉(zhuǎn)速恒定的控制中，控制點(diǎn)在圖2中沿縱軸上下移動(dòng)。即，由于控制點(diǎn)將效率的等值線橫切而進(jìn)行移動(dòng)，因此，以點(diǎn)P為中心，效率上下變動(dòng)， 導(dǎo)致燃油效率的惡化。在本實(shí)施方式中，即使螺旋槳流入速度變動(dòng)，也以效率不降低的方式修正作為目標(biāo)的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速指令)。例如，如圖2的效率曲線圖中的箭頭A，沿通過目標(biāo)控制點(diǎn)P的效率曲線(等值線)而改變目標(biāo)轉(zhuǎn)速(在本實(shí)施方式中，與將螺旋槳的迎角維持在一定相對(duì)應(yīng))。即，在運(yùn)算部17(參照?qǐng)D1)中，與檢測(cè)的螺旋槳流入速度相對(duì)應(yīng)，而基于圖2的效率曲線圖求出目標(biāo)轉(zhuǎn)速并修正轉(zhuǎn)速指令。運(yùn)算部17也可以是將效率曲線圖作為圖像數(shù)據(jù)(map data)保存，并參照其來決定目標(biāo)轉(zhuǎn)速的構(gòu)成，但是，也可以是預(yù)先從效率曲線圖設(shè)定決定螺旋槳流入速度與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系的函數(shù)并據(jù)此進(jìn)行控制的構(gòu)成。另外，從比使轉(zhuǎn)速恒定的現(xiàn)有構(gòu)成進(jìn)一步提高效率的觀點(diǎn)來看，只要將螺旋槳流入速度降低時(shí)的控制點(diǎn)的移動(dòng)變更為向與沿著縱軸方向的效率的傾斜相比的傾斜平緩的方向移動(dòng)即可。例如，雖然效率比沿著效率曲線的移動(dòng)(箭頭A)進(jìn)一步降低，但是，也可以如箭頭Al移動(dòng)控制點(diǎn)。但是，從進(jìn)一步提高效率的觀點(diǎn)來看，控制點(diǎn)的移動(dòng)優(yōu)選為通過點(diǎn) P的效率曲線的內(nèi)側(cè)(例如箭頭A2 從點(diǎn)P的效率向更高效率的區(qū)域的控制點(diǎn)的移動(dòng))。此外，在螺旋槳流入速度增加的情況下，也可以如現(xiàn)有的那樣進(jìn)行使轉(zhuǎn)速恒定的控制，在通過點(diǎn)P的效率曲線(等值線)的內(nèi)側(cè)(效率較高側(cè))中，能夠獲得控制點(diǎn)向各個(gè)方向移動(dòng)(例如箭頭A3)。圖3示出圖2的點(diǎn)P周圍的放大圖，分別以圓弧RD、RU表示螺旋槳流入速度減速時(shí)以及增速時(shí)能夠使控制點(diǎn)移動(dòng)的方向的范圍?？刂泣c(diǎn)的移動(dòng)的軌跡(例如實(shí)線A4)只要滿足上述的條件可以是曲線、直線、折線中的任一種，或者也可以是這些的組合。此外，利用的效率曲線圖并不限定于本實(shí)施方式，例如也可以單獨(dú)使用螺旋槳效率曲線圖、螺旋槳單獨(dú)效率曲線圖，或者也可以使用進(jìn)一步增加了有關(guān)主機(jī)的燃油效率的其他要素的效率曲線圖。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式，能夠配合由于波浪等影響而變動(dòng)的螺旋槳流入速度來改變目標(biāo)轉(zhuǎn)速，而提高燃油效率。圖4示出第一實(shí)施方式的變形例的構(gòu)成。在第一實(shí)施方式中，相對(duì)于轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行配合螺旋槳流入速度的轉(zhuǎn)速的修正，但是，在變形例中，相對(duì)于從PID運(yùn)算部16輸出的調(diào)速指令來進(jìn)行修正。即，螺旋槳流入速度輸入設(shè)置于控制裝置C中的運(yùn)算部18，并參照?qǐng)D2 為了成為沿著所決定的軌跡的轉(zhuǎn)速，從運(yùn)算部18將修正信號(hào)前饋至PID運(yùn)算部16的輸出側(cè)。另外，關(guān)于其它構(gòu)成與第一實(shí)施方式相同，在變形例的構(gòu)成中，也能夠得到與第一實(shí)施方式相同的效果。接著，參照?qǐng)D5對(duì)第二實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖5是將控制對(duì)象S模型化示出的第二實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的方框線圖。在第一實(shí)施方式中，實(shí)測(cè)螺旋槳流入速度，但是，在第二實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10’中，進(jìn)行螺旋槳流入速度的推定，并基于推定值而進(jìn)行轉(zhuǎn)速指令的修正。另外， 其他構(gòu)成與第一實(shí)施方式相同，對(duì)于相同的構(gòu)成使用相同的附圖標(biāo)記，并省略其說明。如圖5所示，在第二實(shí)施方式的控制裝置C’中設(shè)有波粒速度計(jì)算部19，在運(yùn)算部 17中輸入由波粒速度計(jì)算部19推定的螺旋槳流入速度。在波粒速度計(jì)算部19中輸入例如實(shí)測(cè)的船速、波的圓頻率、波高，并從這些輸入中推定螺旋槳流入速度。在運(yùn)算部17中，與第一實(shí)施方式相同，根據(jù)圖2的效率曲線圖產(chǎn)生修正信號(hào)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速指令的修正。如上所述，在第二實(shí)施方式中也能夠得到與第一實(shí)施方式相同的效果。此外，在第二實(shí)施方式中，由于推定螺旋槳流入速度，因此，沒有必要在螺旋槳周圍安裝傳感器，能夠使控制系統(tǒng)的構(gòu)成更加簡(jiǎn)單。并且，在第二實(shí)施方式中，雖然從船速、波的圓頻率、波高推定螺旋槳流入速度，但是，也可以使用與螺旋槳流入速度相關(guān)的某個(gè)流量。接著，參照?qǐng)D6-10，對(duì)第三實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。在第三實(shí)施方式中，檢測(cè)螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩％，并輸入控制裝置C”的運(yùn)算部17’。在運(yùn)算部17’中，從螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩％推定螺旋槳流入速度而進(jìn)行轉(zhuǎn)速指令的修正。另外，由于有關(guān)其他構(gòu)成與第一、二實(shí)施方式相同，因此，省略其說明。圖7-10示出用于轉(zhuǎn)矩檢測(cè)的多個(gè)構(gòu)成。圖7中示出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部20由安裝于主軸13的應(yīng)變計(jì)21和發(fā)信機(jī)22、以及配置于船體側(cè)的固定部的接收機(jī)23和計(jì)測(cè)器M 構(gòu)成。在應(yīng)變計(jì)21中所檢測(cè)出的應(yīng)變的測(cè)定值(應(yīng)變信號(hào))經(jīng)由發(fā)送機(jī)22而發(fā)送至接收機(jī)23，在計(jì)測(cè)器M中變換為轉(zhuǎn)矩信號(hào)并向運(yùn)算部17”輸出。S卩，由于轉(zhuǎn)矩與應(yīng)變成比例，因此，在運(yùn)算部17”中將規(guī)定的系數(shù)乘上接收的應(yīng)變的測(cè)定值(與應(yīng)變信號(hào)相對(duì)應(yīng))而算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩QP，并作為轉(zhuǎn)矩信號(hào)向運(yùn)算部17”(圖6)輸出。圖8示出的另一實(shí)例的負(fù)載轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部30由安裝于主軸13的應(yīng)變計(jì)21、安裝于主軸13的周圍并且電連接于應(yīng)變計(jì)21的滑動(dòng)環(huán)(slip ring) 31、與滑動(dòng)環(huán)31滑動(dòng)連接的電刷32、連接于電刷32的計(jì)測(cè)器M構(gòu)成。即，在應(yīng)變計(jì)21中所檢測(cè)的應(yīng)變信號(hào)經(jīng)由滑動(dòng)環(huán)31、電刷32而發(fā)送至計(jì)測(cè)器24，并且與第一實(shí)施方式相同被變換為轉(zhuǎn)矩信號(hào)。此外，在計(jì)測(cè)器M中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩信號(hào)向運(yùn)算部17”輸出。在圖9示出的另一實(shí)例的負(fù)載轉(zhuǎn)矩檢測(cè)部40中，使用安裝于靠近螺旋槳14的主軸13上的馬力計(jì)41來替代應(yīng)變計(jì)21。此外，使用轉(zhuǎn)矩計(jì)算部42來替代圖8的計(jì)測(cè)器24。在該構(gòu)成中，來自馬力計(jì)41的馬力信號(hào)發(fā)送至轉(zhuǎn)矩計(jì)算部42。在轉(zhuǎn)矩計(jì)算部42 中，除了來自馬力計(jì)41的馬力信號(hào)以外，還輸入來自主機(jī)12的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne。由于馬力 (與傳動(dòng)馬力DHP (輸出馬力)相對(duì)應(yīng))與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積成比例，因此，在轉(zhuǎn)矩計(jì)算部 42中，通過將馬力(例如DHP)除以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 并乘上規(guī)定的系數(shù)(例如1/2π)而求出負(fù)載轉(zhuǎn)矩％。算出的轉(zhuǎn)矩的值作為轉(zhuǎn)矩信號(hào)向運(yùn)算部17”輸出。圖10的實(shí)例是將圖9的馬力計(jì)41配置在靠近主機(jī)12的主軸13上，其他構(gòu)成與圖9相同。在圖10的構(gòu)成中，由于所檢測(cè)的馬力與制動(dòng)馬力BHP相對(duì)應(yīng)，因此，在轉(zhuǎn)矩計(jì)算部42中，通過將檢測(cè)的馬力(BHP)除以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne、傳動(dòng)效率ητ、以及而求出轉(zhuǎn)矩。如上所述，在第三實(shí)施方式中也能夠得到與第一、第二實(shí)施方式相同的效果。另外，在第三實(shí)施方式中，也可以制作將圖2的縱軸作為螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩的效率曲線圖而使用。此外，也可以改變?yōu)槁菪龢?fù)載轉(zhuǎn)矩并計(jì)測(cè)與螺旋槳流入速度相關(guān)的某個(gè)其他物理量而使用。另外，上述各實(shí)施方式以及變形例的各構(gòu)成能夠相互組合。例如，第一實(shí)施方式的變形例中的前饋的構(gòu)成也可以在第二、第三實(shí)施方式中采用。
權(quán)利要求
1.一種船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括螺旋槳流入速度把握機(jī)構(gòu)，把握螺旋槳流入速度；轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)，控制主機(jī)的轉(zhuǎn)速；以及修正機(jī)構(gòu)，配合所述螺旋槳流入速度的變動(dòng)，而進(jìn)行所述轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)中的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的修正；所述修正機(jī)構(gòu)對(duì)于所述螺旋槳流入速度的變動(dòng)，在效率曲線圖上沿效率不降低的路徑而實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)的移動(dòng)，并修正目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述修正中的控制點(diǎn)的移動(dòng)為沿著效率曲線的移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)測(cè)所述螺旋槳流入速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述螺旋槳流入速度從相關(guān)的其他物理量中進(jìn)行推定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述物理量包括船速、 波的圓頻率、波高。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述物理量包括螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
本發(fā)明提供一種船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其配合螺旋槳流入速度的變動(dòng)，以效率較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)主機(jī)，而實(shí)現(xiàn)燃油效率的提高。其中，將轉(zhuǎn)速指令與實(shí)測(cè)的主軸(13)或者主機(jī)(12)的轉(zhuǎn)速NE的偏差輸入PID運(yùn)算部(16)，而反饋控制從燃料噴射裝置(15)供給主機(jī)(12)的燃料量。檢測(cè)向螺旋槳(14)的螺旋槳流入速度，并輸入至運(yùn)算部(17)。與螺旋槳流入速度的變動(dòng)相對(duì)應(yīng)，以控制點(diǎn)沿著效率曲線而移動(dòng)的方式修正轉(zhuǎn)速指令。
文檔編號(hào)F02D29/02GK102365443SQ201080014128
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者宮田淳也, 稻見昭一 申請(qǐng)人:三井造船株式會(huì)社