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數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀的制作方法

文檔序號(hào):4121514閱讀:226來源:國知局
數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀的制作方法
【專利摘要】設(shè)計(jì)制造一種數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀,控制器采用先進(jìn)的32位Cortex?STM32系列ARM微處理器,通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào),與給定航向信號(hào)做比較,若有偏差即得偏航角,通過PID算法產(chǎn)生偏舵角,根據(jù)它與實(shí)際舵角比較,得到實(shí)際舵角偏差去控制舵,從而改變航向,如此反復(fù),直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零,使船舶按預(yù)訂航向行駛,實(shí)現(xiàn)低成本、節(jié)能效果明顯的自動(dòng)操舵目的。
【專利說明】數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種船舶自動(dòng)操舵儀。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)舵是船舶控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備,它可以通過航向設(shè)定使船舶行使更接近直線,避免了“蛇行”從而更節(jié)能更經(jīng)濟(jì)。我國在從70年代就開始自動(dòng)舵的研究,并取得了一定的成就,但國內(nèi)自動(dòng)舵的研究側(cè)重于理論方面,進(jìn)行算法仿真,很少做出實(shí)際產(chǎn)品。迄今為止,國內(nèi)船舶安裝的自動(dòng)舵基本完全依賴進(jìn)口,價(jià)格昂貴,像漁船之類的小型船舶因價(jià)格原因無法安裝,無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服進(jìn)口自動(dòng)舵產(chǎn)品因價(jià)格過于昂貴國內(nèi)小型船舶無法安裝的缺點(diǎn),本發(fā)明研制了數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀,價(jià)格低廉而且節(jié)能效果明顯,解決了上述缺點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)制造一種數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀,包括:
[0005]控制器單元,采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器,通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào),與給定航向信號(hào)做比較,若有偏差即得偏航角,通過PID算法產(chǎn)生偏舵角,根據(jù)它與實(shí)際舵角比較,得到實(shí)際舵角偏差去控制舵,從而改變航向,如此反復(fù),直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零,達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的;
[0006]給定航向信號(hào)單兀,是由電位器旋鈕產(chǎn)生的電壓信號(hào),電壓范圍為O?3.3V,對(duì)應(yīng)航向0-360度,通過ARM控制器AD通道處理即可;
[0007]實(shí)際航向信號(hào)單元,是由磁羅經(jīng)傳感器得到的,由于磁羅經(jīng)測得航向信息只能由肉眼讀取,因此使用磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器,把機(jī)械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),以485總線接口半雙工方式與控制器進(jìn)行通信;
[0008]實(shí)際舵角信號(hào)單元,是通過舵角反饋裝置測得的,并以電壓信號(hào)形式輸出,因電壓信號(hào)不能遠(yuǎn)傳,自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置,通過它把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以485總線方式發(fā)送給控制器;
[0009]電磁閥驅(qū)動(dòng)電路單元,船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制只需通過控制電磁閥的開閉改變液體流動(dòng)從而控制舵的運(yùn)動(dòng),控制電磁閥所需驅(qū)動(dòng)電流一般都比較大,而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁,選用了大電流的MOS管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件,還選用TLP521做了電氣隔離,有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號(hào),實(shí)現(xiàn)電磁閥的有效控制;
[0010]HDT (艏向)信號(hào)單元,以485總線方式向外輸出標(biāo)準(zhǔn)的HDT信號(hào),以便其它船舶設(shè)備使用;
[0011]顯示單元,控制器以485總線方式向外輸出實(shí)際舵角、給定航向、實(shí)際航向等信息,利用相應(yīng)顯示儀表顯示出來。
[0012]本發(fā)明的有益效果是,數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀節(jié)能效果明顯,成本低廉,可靠性高、穩(wěn)定性好,具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0014]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明研制的數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀,如圖1所示,主要包括:
[0017]控制器單元(I),采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器,通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào),與給定航向信號(hào)做比較,若有偏差即得偏航角,通過算法產(chǎn)生偏舵角,根據(jù)它與實(shí)際舵角比較,得到實(shí)際舵角偏差去控制舵,從而改變航向,如此反復(fù),直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零,達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的;
[0018]給定航向信號(hào)單兀(2),是由電位器旋鈕產(chǎn)生的電壓信號(hào),電壓范圍為O?3.3V,對(duì)應(yīng)航向0-360度,通過ARM控制器AD通道處理即可;
[0019]實(shí)際航向信號(hào)單元(3),是由磁羅經(jīng)傳感器得到的,但磁羅經(jīng)測得航向信息只能由肉眼讀取,因此使用磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器,把機(jī)械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),以485總線接口半雙工方式與控制器進(jìn)行通信;
[0020]實(shí)際舵角信號(hào)單元(4),是通過舵角反饋裝置測得的,并以電壓信號(hào)形式輸出,但因電壓信號(hào)不能遠(yuǎn)傳,自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置,通過它把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以485總線方式發(fā)送給控制器;
[0021]電磁閥驅(qū)動(dòng)電路單元(5),船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制只需通過控制電磁閥的開閉改變液體流動(dòng)從而控制舵的運(yùn)動(dòng),控制電磁閥所需驅(qū)動(dòng)電流一般都比較大,而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁,選用了大電流的MOS管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件,還選用TLP521做了電氣隔離,有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號(hào),實(shí)現(xiàn)電磁閥的有效控制;
[0022]HDT (艏向)信號(hào)單元(6),以485總線方式向外輸出標(biāo)準(zhǔn)的HDT信號(hào),以便其它船舶設(shè)備使用;
[0023]顯示單元(7),以485總線方式向外輸出實(shí)際舵角、給定航向、實(shí)際航向等信息,利用相應(yīng)顯示儀表顯示出來。
[0024]整機(jī)工作原理如圖2所示,設(shè)計(jì)制造一種數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀,控制器采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器,通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào),與給定航向信號(hào)做比較,若有偏差即得偏航角,通過算法產(chǎn)生偏舵角,根據(jù)它與實(shí)際舵角比較,得到實(shí)際舵角偏差去控制舵,從而改變航向,如此反復(fù),直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零,達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)制造一種小型數(shù)字式船舶自動(dòng)操舵儀,包括:控制器單元,采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器,通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào),與給定航向信號(hào)做比較,若有偏差即得偏航角,通過算法產(chǎn)生偏舵角,根據(jù)它與實(shí)際舵角比較,得到實(shí)際舵角偏差去控制舵,從而改變航向,如此反復(fù),直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零,達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的; 給定航向信號(hào)單元,是由電位器旋鈕產(chǎn)生的電壓信號(hào),電壓范圍為O?3.3V,對(duì)應(yīng)航向0-360度,通過ARM控制器AD通道處理即可; 實(shí)際航向信號(hào)單元,是由磁羅經(jīng)傳感器得到的,但磁羅經(jīng)測得航向信息只能由肉眼讀取,因此使用磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器,把機(jī)械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),以485總線接口半雙工方式與控制器進(jìn)行通信; 實(shí)際舵角信號(hào)單元,是通過舵角反饋裝置測得的,并以電壓信號(hào)形式輸出,但因電壓信號(hào)不能遠(yuǎn)傳,自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置,通過它把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以485總線方式發(fā)送給控制器;HDT (艏向)信號(hào)單元,以485總線方式向外輸出標(biāo)準(zhǔn)的HDT信號(hào),以便其它船舶設(shè)備使用; 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路單元,船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制只需通過控制電磁閥的開閉改變液體流動(dòng)從而控制舵的運(yùn)動(dòng),控制電磁閥所需驅(qū)動(dòng)電流一般都比較大,而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁,選用了大電流的MOS管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件,還選用TLP521做了電氣隔離,有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號(hào); 顯示單元,以485總線方式向外輸出實(shí)際舵角、給定航向、實(shí)際航向等信息,利用相應(yīng)顯示儀表顯示出來。
【文檔編號(hào)】B63H25/24GK103661908SQ201210318560
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月3日
【發(fā)明者】潘為剛, 肖海榮, 王常順, 韓耀振, 周應(yīng)兵, 周風(fēng)余 申請(qǐng)人:山東交通學(xué)院
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