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专利号: 2018113638926
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种襟翼舵转角比可调的齿轮传动装置,包括主舵轴和翼舵轴,其特征在于:还包括了安装于船舱内部的驱动电机(208)、ECU控制单元(301)、齿轮传动机构和制动系统;所述的齿轮传动机构包括固定于主舵轴的太阳齿轮(202)和固定于翼舵轴的翼舵齿轮(205),驱动电机(208)带动太阳齿轮(202)旋转并驱使翼舵齿轮(205)转动,所述的制动系统可以同时或者分别制动太阳齿轮(202)和翼舵齿轮(205),所述的ECU控制单元(301)控制驱动电机(208)和制动系统。

2.根据权利要求1所述的襟翼舵转角比可调的齿轮传动装置,其特征在于:所述的齿轮传动机构还包括主动齿轮(207)、从动齿轮(206)、行星架(201)、行星齿轮(203)及齿圈(204),主动齿轮(207)受驱动电机(208)控制,从动齿轮(206)与行星架(201)依次安装于主舵轴上端部,主动齿轮(207)与从动齿轮(206)外啮合,行星齿轮(203)位于行星架(201)下方,分别与太阳齿轮(202)和齿圈(204)啮合,从动齿轮(206)可以带动行星齿轮(203)旋转,齿圈(204)内外都有锯齿,翼舵齿轮(205)与齿圈(204)外啮合。

3.根据权利要求1所述的襟翼舵转角比可调的齿轮传动装置,其特征在于:所述的制动系统包括了充放气控制单元(101)、电磁阀1(102)、电磁阀2(103)、气路导管(104)、太阳轮制动盘(106)、外圈制动盘(109)、第一复位弹簧(105)、第二复位弹簧(107)、太阳轮制动气缸(110)和外圈制动气缸(108),充放气控制单元(101)通过气路导管(104)与太阳轮制动气缸(110)、外圈制动气缸(108)相连通,太阳轮制动盘(106)与太阳轮制动气缸(110)通过第一复位弹簧(105)连接,外圈制动盘(109)与外圈制动气缸(108)通过第二复位弹簧(107)连接。

4.一种应用于权利要求1所述的襟翼舵转角比可调的齿轮传动装置的控制方法,其特征在于包括以下步骤:

(1)建立船舶航向运动数学模型和海风、海流、海浪干扰数学模型,并在MATLAB/Simulink软件中建立航向运动仿真模型,比较仿真结果与试验结果,以此修正模型并验证其正确性;

(2)船舶航向运动转弯过程中的舵效以转船力矩和操舵时间来表征,采用去单位化和线性加权法,将船舶航向转弯运动过程中的转船力矩和等效舵角两个目标优化问题转换成单目标优化问题,目标函数J为:且

γ=kαα+kββ,

其中k1、k2为加权系数,且满足k1+k2=1,ρ为海水密度,S1为主舵面积,S2为翼舵面积,Mmax为以转船力矩为单目标优化时的最大转船力矩,ν为来流流速,CL为主舵和襟翼舵的等效升力系数,α和β分别为主舵、翼舵转角,kα、kβ分别为与所述齿轮传动机构结构相关的主舵、翼舵转角系数,l为船重心到主舵转轴中心的距离;

(3)基于人工智能鱼群优化算法开发上层控制器,将初始化主舵转角α和翼舵转角β视为初始化鱼群,将步骤(2)中的目标函数J对应人工鱼群当前位置的食物浓度,根据海风、海流、海浪风等输入的干扰项,经过人工智能鱼群算法优化出主舵和翼舵最优的目标角度[α,β]T;

(4)基于Backstepping控制理论开发下层控制器,接收步骤(3)中得到的目标转角[α,β]T,通过控制所述驱动电机(208)、充放气控制单元(101)、电磁阀1(102)和电磁阀2(103),使得主舵角和翼舵角为目标角度为止;

(5)进入下一采样周期,获得船舶行驶的航向角度、海流信号、海风信号及海浪信号,返回步骤(2)中进行循环计算控制,直至船舶停航。

5.根据权利要求4所述的襟翼舵转角比可调的齿轮传动装置的控制方法,其特征在于:

所述的上层控制器结合船舶航向运动仿真模型,通过聚群行为和追尾行为对不同的主舵角和翼舵角进行评价,计算得出相应的目标值,记录两种行为下目标值,以较大者为当下解,经过反复迭代,迭代次数达到目标次数时,输出主舵和翼舵最优的目标角度[α,β]T。

6.根据权利要求4所述的襟翼舵转角比可调的齿轮传动装置的控制方法,其特征在于所述的下层控制器包括以下步骤:(1)将所述上层控制器计算出的目标转角[α,β]T设定为襟翼舵参考角度;

(2)定义出主舵角和翼舵角的偏差量,再选取相应的Lyapunov函数,并引入相应的虚拟控制,直至系统实现无差跟踪,得到驱动电机控制电压控制律;

(3)根据控制指令,驱动电机(208)、充放气控制单元(101)、电磁阀1(102)和电磁阀2(103)各自进入调控状态,直到主舵角和翼舵角达到要求为止。