1.一种翼舵/主舵转角比无级可调的传动装置,包括封装壳体、安装于封装壳体下方的主舵和翼舵、以及主舵杆和翼舵杆,其特征在于:所述封装壳体中设有上下水平平行放置的第一水平导轨和第二水平导轨,且第一水平导轨和第二水平导轨在同一垂直平面内,第一水平导轨和第二水平导轨两端之间分别竖直连接于传动轴和花键轴,第一水平导轨和第二水平导轨还分别设有对应的第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构,第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构之间安装有竖直位置调节机构;传动轴与主舵杆之间平行设置且通过齿轮啮合,花键轴上设有第一圆台,该第一圆台与翼舵杆上的第二圆台相适配,翼舵杆上底部设有翼舵杆夹紧机构;
其中,第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构分别可沿第一水平导轨和第二水平导轨花键轴上的第一圆台在竖直位置调节机构的作用下上下移动;两个水平位置调节机构与竖直位置调节机构共同作用下实现第一圆台在主舵面内移动与定位。
2.根据权利要求1所述的翼舵/主舵转角比无级可调的传动装置,其特征在于:所述第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构均包括一个四连杆机构和对应的水平液压杆,所述四连杆机构包括四根通过铰链相连的连接杆,每相邻两个连接杆的连接处均设置一个皮带轮,四个皮带轮之间依次通过皮带连接;所述传动轴和花键轴分别穿过一组相对的皮带轮,且这两个皮带轮之间连接水平液压杆。
3.根据权利要求1所述的翼舵/主舵转角比无级可调的传动装置,其特征在于:所述竖直位置调节机构包括复位弹簧和两个竖直液压杆,所述复位弹簧套于花键轴,且其一端固定于第一圆台下端面,另一端固定于第二水平位置调节机构的皮带轮上;所述两个竖直液压杆以花键轴为对称轴安装,且两个竖直液压杆均是一端固定于第一圆台上端面,另一端固定于第一水平位置调节机构皮带轮上的凸台上;且所述两个竖直液压杆均处于与主舵平面垂直的平面内。
4.根据权利要求1所述的翼舵/主舵转角比无级可调的传动装置,其特征在于:所述第一圆台与第二圆台采用硬质刚性材料制成,且两者各自的母线与底面所成夹角相等;水平液压杆以及竖直液压杆均由液压控制阀控制。
5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的翼舵/主舵转角比无级可调的传动装置控制方法,其特征在于:所述第一水平位置调节机构、第二水平位置调节机构与竖直位置调节机构在安装于船舶内部的控制器的调控下,将第一圆台移至相应的位置并与翼舵杆上的第二圆台接触,此时翼舵杆夹紧机构由夹紧状态切换为松开状态;主舵杆转动,并带动传动轴转动,进而带动第一水平位置调节机构和第二水平位置调节机构上对应的皮带轮转动;通过皮带的传动,使得靠近翼舵杆的皮带轮转动,进而带动花键轴的转动,即第一圆台转动;进而第一圆台转动并带动第二圆台的转动,实现主舵与翼舵转角比的无级调节。
6.根据权利要求5所述的翼舵/主舵转角比无级可调的传动装置控制方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
(1)建立含风流浪船舶航向运动数学模型,并应用MATLAB/Simulink建立运动仿真模型,比较某一实船仿真结果及其实验结果,以此修正数学并验证数学模型;
(2)将船舶横荡位移、纵荡位移、垂荡位移、横摇角、纵摇角及艏摇角六个船舶运动状态的物理量,采用去单位化和线性加权的方法,将多目标优化问题转化成单目标优化问题,目标函数为:其中:p、q为主舵、翼舵的转角;x(p,q)、y(p,q)、z(p,q)分别为船舶的横荡位移、纵荡位移、垂荡位移;α(p,q)、β(p,q)、γ(p,q)分别为船舶的横摇角、纵摇角、艏摇角;B为船舶型宽;L为船长;H为船舶型深;ki为权系数,i=1,2,…,6且(3)基于区间—人工免疫算法以及自适应Backstepping控制策略的上下层控制策略,上层控制输出主舵以及翼舵的转角,下层控制控制液压装置,区间—人工免疫算法的优化的两个变量为主舵转角值的区间[pmin,pmax]和翼舵转角值的区间[qmin,qmax],并对应人工免疫算法的抗体种群;目标函数J对应为人工免疫算法的亲和度;海风、海流和海浪干扰因素作为上层控制器的输入时,经过区间—人工免疫算法优化出主舵与翼舵转角的期望值;下层控制器的输入为第一圆台的水平位置及竖直位置,控制目标是控制液压系统将第一圆台移至第二圆台的相应的位置并接触压紧;在设计下层控制器时,在确定不确定参数后定义第一圆台水平及竖直位置的偏差变量,再选取合适的李雅普诺夫函数,引入合适的虚拟控制,直至系统实现无差跟踪,得到液压系统的控制律;
(4)将步骤(1)中所建立的船舶航向运动动力学模型、船舶参数以及基于区间—人工免疫算法以及自适应Backstepping控制策略的上下层控制策略所设计出来的控制算法转换成C语言并编译成可执行控制软件,测试成功后下载到船舶航向稳定性控制器存储器中。