【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及船舶推進，尤其涉及一種調距槳推進動態限制控制系統及其方法。
技術介紹
1、船舶調距槳推進控制系統一般由變距槳、傳動軸系、柴油機、檢測及控制元件等組成，主要通過液壓裝置控制使螺距大小和方向范圍內可以調節，產生對艦艇前進的推力與后退的拉力，從而實現艦艇正航、倒航、停車和應急等機動工況。目前調距槳推進系統控制方式通常有駕控-機槳聯控模式、集控-機槳分控模式、駕控/集控-恒轉速模式和駕控/集控-備用控制四種工作模式，調距槳控制系統可以根據預先設定的船-機-槳工作特性曲線調節螺距和轉速。但是船-機-槳的工作特性曲線會受船體臟污、螺旋槳磨損變形或臟污、海況等影響發生變化，導致調距槳在工作過程中存在頻繁調節、轉速不穩甚至超負荷的問題。但是，推進負荷限制曲線是根據柴油機臺架實驗、新船下水試航計算確定的，對應的是船-機-槳最佳匹配、理想海況工況設定的推進負荷限制范圍，船舶營運中螺旋槳臟污、變形，船體臟污，頂風頂流等導致的航行阻力增大，或順風順流航行阻力減小，在這些情形下，設計的推進負荷限制曲線還保持不變，將造成柴油機過載，或加速受限，因此，船舶推進負荷限制需要隨海況、船況動態調整，確保柴油機安全、節油。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決上述問題，提出一種能解決因船體臟污、海況影響等原因造成的轉速不穩、柴油機過載等問題的調距槳推進動態限制控制系統及其方法。
2、為達到上述目的，本專利技術提出一種調距槳推進動態限制控制系統，包括船舶推進裝置、與所述船舶推進裝置信號連接
3、所述船舶推進裝置包括車鐘、柴油機、調距槳和調速機構；所述車鐘通過車令發訊器發出控制信號，所述控制信號通過轉速限制環節產生設定轉速信號；所述控制信號通過推進控制模塊中的機槳控制子模塊產生螺距設定值信號；所述調距槳通過齒輪箱與所述柴油機相連接；所述調速機構與所述柴油機相連接，用于調節柴油機轉速；
4、所述推進控制模塊包括軸轉速檢測子模塊、推進負荷限制子模塊和機槳控制子模塊：
5、所述軸轉速檢測子模塊：用于實時檢測調距槳的軸轉速和車鐘單元的設定轉速信號，得到轉速信號偏差；所述轉速信號偏差通過轉速調節與燃油限制環節，生成柴油機噴油量設定值；
6、所述機槳控制子模塊包含機槳控制曲線，即車鐘位置-轉速-螺距曲線，所述機槳控制子模塊用于接收車令位置變量、螺距反饋值信號和柴油機反饋轉速，經過車鐘位置-轉速-螺距曲線（機槳控制曲線）程序運算生成螺距控制指令(螺距設定值)和轉速-負荷，所述螺距控制指令(螺距設定值)輸出至螺距調節子模塊，生成螺距調節指令，調節調距槳螺距；所述轉速-負荷輸出至所述推進負荷限制子模塊；
7、所述推進負荷限制子模塊包含轉速-噴油量(fps/%)-功率(power/%)限制曲線簇，用于接收柴油機的噴油量設定值、柴油機油門反饋值以及所述機槳控制子模塊計算出的轉速-負荷信號，并利用推進負荷限制曲線范圍內的機槳匹配曲線，生成噴油量控制值；所述噴油量控制值通過油門調節子模塊生成噴油指令，調節柴油機轉速；
8、所述推進負荷限制曲線用于限制最大可用負荷，使得每一個軸轉速或螺距對應一個最大噴油量限制；
9、所述螺距調節子模塊用于生成螺距調節指令，調節調距槳螺距；
10、所述油門調節子模塊用于生成噴油指令，調節柴油機轉速。
11、所述推進控制模塊通過實時檢測調距槳的軸轉速，經過轉速調節與燃油限制環節得到柴油機的噴油量設定值，將柴油機的噴油量設定值與推進負荷限制曲線的最大噴油量限制值進行比較，并通過螺距調節子模塊和油門調節子模塊調整柴油機負荷。
12、進一步的，所述車鐘發出前進或后退的控制指令時，車鐘位置變量經過車令發訊器和轉速限制環節輸出設定轉速信號，所述轉速限制環節包括起動轉速設定值、最小穩定轉速限制、加速速率限制、程序負荷限制、臨界轉速回避、最大功率限制、最大轉速限制和故障降速限制。
13、進一步的，所述軸轉速檢測子模塊用于實時檢測調距槳的軸轉速，將車鐘單元的設定轉速信號與調距槳的軸轉速通過比較器進行比較，并將得到的轉速偏差信號經過轉速調節與燃油限制環節，生成柴油機的噴油量設定值傳輸至所述推進負荷限制子模塊中，根據推進負荷限制曲線，生成柴油機噴油量(油門)控制值；
14、所述車鐘的手柄位置變量輸入至機槳控制子模塊，根據機槳控制曲線，生成螺距設定(控制)值；
15、所述螺距調節子模塊用于接收螺距設定值信號，并將所述螺距設定值信號與螺距反饋值信號比較后，生成螺距調節指令，傳輸至螺距調節機構，調節調距槳螺距；
16、所述油門調節子模塊用于接收柴油機噴油量控制值信號，并與油門反饋值信號比較后輸出油門偏差信號，進而生成噴油指令，并傳輸至調速機構，通過所述調速機構改變柴油機噴油量，從而調節柴油機轉速。
17、進一步的，所述轉速調節與燃油限制環節包括pid調節(惡劣天氣)、pi調節、最小供油量限制、最大供油量限制、增壓空氣限制(熱負荷限制)、轉矩限制(機械負荷限制)、死區控制、螺旋槳特性補償，主要目的是防止柴油機過負荷、惡劣天氣柴油機飛車或轉速頻繁調節。
18、進一步的，所述機槳控制子模塊中含有機槳控制曲線，所述機槳控制曲線是根據柴油機、調距槳和船體外特性關系，將船-機-槳推進特性線綜合匹配并放在同一坐標系中設計出的一種復合控制函數，為手柄位置-轉速-螺距多維空間曲線；
19、所述推進負荷限制曲線的橫軸為調距槳的軸轉速，左縱坐標為燃油齒條格數(fps/%)，右縱坐標為柴油機功率(power/%)；通過當前的軸轉速，根據所述推進負荷限制曲線計算出當前軸轉速所對應的最大燃油齒條格數，當油門反饋的齒條格數大于計算出的齒條格數時，表明柴油機已過載。此時，所述推進控制模塊會自動減小調距槳螺距，通過所述機槳控制子模塊，生成變槳指令校正信號，從而減小螺距設定值，通過螺距調節子模塊生成螺距調節指令，減小螺距，從而降低柴油機負荷，直至柴油機不過載。
20、負載控制的目的是防止柴油機過載，調距槳(cpp)動態限制根據柴油機負載特性和船舶推進特性監控柴油機負載,以適應海況、船況的變化。為了進一步限制允許的負載曲線并使其適應當前工況，可在0…110%的范圍內動態調整負載限制，為100%負載限制負載曲線與負載限制設置系數相乘，例如，如果負載限制旋鈕設置系數為90%，則整個負載曲線乘以0.9。
21、軸轉速是最大允許噴油量(油門)設置(fps)的基礎，該設置根據船機槳最佳匹配設計的軸轉速對應fps限制的負載曲線中獲得的。
22、動態限制負載控制系統測量傳動軸轉速和柴油機油門刻度，并將油門刻度值與負載曲線上對應fps值進行比較。如果在測量的轉速下超過油門最大允許值，則通過變槳指令校正信號降低螺距設置。動態限制負載控制功能可降低cpp螺距到預設值（默認為40%）。
23、船舶最佳負荷曲線可在螺旋槳系統說明手冊中找到，本專利技術圖示了本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，包括船舶推進裝置、與所述船舶推進裝置信號連接的推進控制模塊；
2.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述車鐘發出前進或后退的控制指令時，車鐘位置變量經過車令發訊器和轉速限制環節輸出設定轉速信號，所述轉速限制環節包括起動轉速設定值、最小穩定轉速限制、加速速率限制、程序負荷限制、臨界轉速回避、最大功率限制、最大轉速限制和故障降速限制。
3.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述軸轉速檢測子模塊用于實時檢測調距槳的軸轉速，將車鐘單元的設定轉速信號與調距槳的軸轉速通過比較器進行比較，并將得到的轉速偏差信號通過轉速調節與燃油限制環節生成柴油機噴油量設定值，將所述柴油機噴油量設定值輸入至所述推進負荷限制子模塊中，根據所述推進負荷限制曲線，生成柴油機噴油量控制值；
4.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述轉速調節與燃油限制環節包括PID調節、PI調節、最小供油量限制、最大供油量限制、增壓空氣限制、轉矩限制、死區控制、螺旋槳特性補償。
5.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述機槳控制子模塊中含有機槳控制曲線，所述機槳控制曲線為手柄位置-轉速-螺距多維空間曲線，是根據柴油機、調距螺旋槳和船體外特性關系，將船-機-槳推進特性線綜合匹配并放在同一坐標系中而形成的一種復合控制函數曲線。
6.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述推進負荷限制曲線的橫軸為調距槳的軸轉速，左縱坐標為燃油齒條格數，右縱坐標為柴油機功率；通過當前的軸轉速，根據所述推進負荷限制曲線計算出當前軸轉速所對應的最大燃油齒條格數，當油門反饋的齒條格數大于計算出的齒條格數時，表明柴油機已過載，此時，通過所述機槳控制子模塊，生成變槳指令校正信號，從而減小螺距設定值。
7.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述推進控制模塊還包括過載保護警報單元，當油門刻度到達(100+3)%時，通過過載保護警報單元延時輸出過載保護信號和聲光報警，并通過推進控制模塊自動減小螺距；將濾波后的柴油機實際負荷與柴油機負荷動態限制值相比較，若越限持續時間經過規定值，則自動按預先設定的步高-步長減小螺距，直到柴油機負荷不再過載；若連續兩次減小螺距后仍然過載，則直接降低螺距至當前理論螺距的70%；或者直接扳動手柄減小螺距直到柴油機不過載；若柴油機不再過載，報警消失，此時，若手柄保持原位沒動，則設定的步高-步長，將螺距逐漸恢復至手柄位置的理論計算值；當需通過拉動手柄消除柴油機過載時，則在柴油機不過載后將手柄扳回至原位附近；若所述推進控制模塊出現故障時，系統進入備用模式，在所述備用模式下，通過觀察柴油機過載指示燈手動監控柴油機過載情況；所述過載指示燈通過過載開關激活，所述過載開關設于所述柴油機的油門調節齒條上。
8.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述推進控制模塊還包括自動降速停車單元和電源故障處理單元，所述自動降速停車單元用于柴油機過載時自動降速或應急停車；所述電源故障處理單元用于系統出現失電故障時保持螺距當前角度以及電源恢復時的重新啟動。
9.根據權利要求3所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述螺距調節機構為液壓系統和配油器；所述調距槳上安裝有尾軸測速機構，通過所述尾軸測速機構，檢測調距槳的軸轉速。
10.一種調距槳推進動態限制控制方法，基于權利要求1-9中任意一項所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，包括船舶推進裝置、與所述船舶推進裝置信號連接的推進控制模塊；
2.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述車鐘發出前進或后退的控制指令時，車鐘位置變量經過車令發訊器和轉速限制環節輸出設定轉速信號，所述轉速限制環節包括起動轉速設定值、最小穩定轉速限制、加速速率限制、程序負荷限制、臨界轉速回避、最大功率限制、最大轉速限制和故障降速限制。
3.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述軸轉速檢測子模塊用于實時檢測調距槳的軸轉速，將車鐘單元的設定轉速信號與調距槳的軸轉速通過比較器進行比較，并將得到的轉速偏差信號通過轉速調節與燃油限制環節生成柴油機噴油量設定值，將所述柴油機噴油量設定值輸入至所述推進負荷限制子模塊中，根據所述推進負荷限制曲線，生成柴油機噴油量控制值；
4.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述轉速調節與燃油限制環節包括pid調節、pi調節、最小供油量限制、最大供油量限制、增壓空氣限制、轉矩限制、死區控制、螺旋槳特性補償。
5.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述機槳控制子模塊中含有機槳控制曲線，所述機槳控制曲線為手柄位置-轉速-螺距多維空間曲線，是根據柴油機、調距螺旋槳和船體外特性關系，將船-機-槳推進特性線綜合匹配并放在同一坐標系中而形成的一種復合控制函數曲線。
6.根據權利要求1所述的調距槳推進動態限制控制系統，其特征在于，所述推進負荷限制曲線的橫軸為調距槳的軸轉速，左縱坐標為燃油齒條格數，右縱坐標為柴油機功率；通過當前的軸轉速，根據所述推進負荷限制曲線計算出當前軸轉速所對應的最大燃油齒條格數，當油門反饋的齒條格數大于計算出的齒...
【專利技術屬性】
技術研發人員：付黃龍，楊智遠，葛坤祥，陳偉，汪華，貴忠東，呂馨卓，王豪，
申請(專利權)人：上海海事大學，
類型：發明
國別省市：
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