用于气垫船机桨的匹配控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于气垫船机桨的匹配控制方法及装置，其包括如下步骤：步骤1、确定气垫船的当前运行状态与目标运行状态；步骤2、确建立在所述匹配控制限制条件下的目标控制函数，并确定最优控制目标值；步骤3、确定任一时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量；其中，在初始t

【技术实现步骤摘要】
用于气垫船机桨的匹配控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种匹配控制方法及装置，尤其是一种用于气垫船机桨的匹配控制方法及装置，具体为用于气垫船的燃气轮机与空气变距桨的匹配控制方法。

技术介绍

[0002]气垫船通过空气垫将船体托离水面或地面而高速航行，具有阻力小、航速快、越障能力强、有效载大等多方面优点。气垫船以燃气轮机带动空气变距桨为主要推进形式，而加/减速性则是气垫船机动性的重要指标。
[0003]气垫船的加/减速性能，一方面取决于气垫船的燃气轮机、减速器、空气变距桨等系统部件自身的性能，另一方面合理选择各部件的运行参数，使其符合机桨匹配特性密切相关。
[0004]当气垫船按设定快速改变螺距角时，由于燃气轮机和空气变距桨的性能参数调节存在限制性，通常部件参数只在某一范围内才是适合、稳定的，如果离开此范围，控制质量和性能均会下降。如果机桨匹配不当，就可能出现轻桨或重桨现象，导致主机不能达到额定扭矩或额定转速，甚至可能出现超扭或超速情况，影响气垫船正常行驶。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于气垫船机桨的匹配控制方法及装置，其根据燃气轮机的输出功率、动力涡轮转速和空气变距桨螺距角确定螺距角控制量，在保证气垫船的燃气轮机和空气变距桨正常工作情况下，达到最优机动性控制效果。
[0006]按照本专利技术提供的技术方案，一种用于气垫船机桨的匹配控制方法，所述匹配控制方法包括如下步骤：
[0007]步骤1、确定气垫船的当前运行状态与目标运行状态，其中，根据当前运行状态，确定气垫船在当前运行状态下的螺距角实际值以及动力涡轮转速实际值n
p
；根据目标运行状态，确定与目标运行状态适配的螺距角目标值以及动力涡轮转速目标值；
[0008]步骤2、确定与气垫船工作特性相适配的匹配控制限制条件，根据上述确定的当前运行状态与目标运行状态，建立在所述匹配控制限制条件下的目标控制函数，并确定所述目标控制函数的最优控制目标值，其中，
[0009]控制气垫船由当前运行状态向目标运行状态切换时，对空气变距桨的螺距角以及燃气轮机的动力涡轮转速进行所需的调节，与所建立的目标控制函数适配；对空气变距桨的螺距角以及燃气轮机的动力涡轮转速进行所需的调节处于最优控制目标值时，燃气轮机的输出扭矩与空气变距桨的空气阻力匹配；
[0010]步骤3、根据上述建立的目标控制函数以及确定的最优控制目标值，确定任一时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量，以利用当前运行状态的螺距角实际值动力涡轮转速实际值n
p
以及所确定时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量生成相应的螺距
角控制量u，利用生成的螺距角控制量u调节空气变距桨的螺距角，直至使得空气变距桨的螺距角与目标运行状态的螺距角目标值适配；
[0011]其中，在初始t
k
时刻，采用猜值增量法确定在所述t
k
时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量Δn
p
(t
k
)；
[0012]确定t
k
时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量Δn
p
(t
k
)后，基于目标控制函数以及最优控制目标值下的迭代运算确定变距过程中任一时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量。
[0013]步骤2中，所确定的匹配控制限制条件包括匹配控制第一限制条件、匹配控制第二限制条件以及匹配控制第三限制条件，其中，
[0014]匹配控制第一限制条件包括变距时间限制条件以及燃气轮机的燃机扭矩限制条件，其中，变距时间限制条件为气垫船由当前运行状态切换至目标运行状态过程中与螺距角目标值适配的最小变距时间燃机扭矩限制条件为在最小变距时间内，ω
t
<ω
max
，ω
t
为燃气轮机的燃机扭矩，ω
max
为燃气轮机的最大允许扭矩；
[0015]匹配控制第二限制条件包括涡轮转速超调量限制条件，其中，所述涡轮转速超调量限制条件为：在最小变距时间内，内，为燃气轮机的动力涡轮转速超调量，为燃气轮机的动力涡轮转速最大允许超调量；
[0016]匹配控制第三限制条件包括燃气轮机功率变化限制条件，其中，所述燃气轮机功率变化限制条件为：在最小变距时间内，ΔP
t
<ΔP
t_max
，ΔP
t
为燃气轮机的功率变化值，ΔP
t_max
为燃气轮机所允许的功率变化最大值。
[0017]步骤2中，建立的目标控制函数Q以及最优控制目标值Q
max
分别为：
[0018][0019]其中，G为调节曲线拟合函数，为螺距角最优控制量，为燃气轮机的最优燃机扭矩，β1为最大允许超扭系数，β2为转速最大允许超调系数，β3为转速最大允许增速率系数。
[0020]步骤3中，采用猜值增量法确定在t
k
时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量Δn
p
(t
k
)时，建立猜值增量法方程组，则有：
[0021][0022]其中，ε1、ε2为猜值增量法的精度阈值，g为表征螺距角实际值动力涡轮转速实际值n
p
与燃气轮机的最优燃机扭矩关系的非线性函数；
[0023]配置螺距角给定值以及动力涡轮转速给定值n
′
p
，当猜值增量法方程组的稳态解满足精度阈值ε1以及精度阈值ε1后，则有Δn
p
(t
k
)＝n
′
p
‑
n
p
。
[0024]利用迭代运算确定变距过程中任一时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量时，对t
k
时刻的下一时刻的迭代运算，包括如下步骤：
[0025]步骤100、构建迭代运算关系式，则有：
[0026][0027]步骤110、对t
k
时刻，则有：z2＝Δn
p
(t
k
)；
[0028]步骤120、对t
k+1
时刻，则有
[0029]其中，
[0030]即得到t
k+1
时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量Δn
p
(t
k+1
)。
[0031]猜值增量法的精度阈值ε1与猜值增量法的精度阈值ε2均为趋于0的值。
[0032]一种用于气垫船机桨的匹配控制装置，用于执行上的匹配控制方法。
[0033]用于气垫船机桨的匹配控制装置，包括
[0034]燃机转速传感器，用于获取燃气轮机的动力涡轮转速实际值n
p
；
[0035]螺距角传感器，用于获取空气变距桨的螺距角实际值
[0036]匹配控制器，确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气垫船机桨的匹配控制方法，其特征是，所述匹配控制方法包括如下步骤：步骤1、确定气垫船的当前运行状态与目标运行状态，其中，根据当前运行状态，确定气垫船在当前运行状态下的螺距角实际值以及动力涡轮转速实际值n
p
；根据目标运行状态，确定与目标运行状态适配的螺距角目标值以及动力涡轮转速目标值；步骤2、确定与气垫船工作特性相适配的匹配控制限制条件，根据上述确定的当前运行状态与目标运行状态，建立在所述匹配控制限制条件下的目标控制函数，并确定所述目标控制函数的最优控制目标值，其中，控制气垫船由当前运行状态向目标运行状态切换时，对空气变距桨的螺距角以及燃气轮机的动力涡轮转速进行所需的调节，与所建立的目标控制函数适配；对空气变距桨的螺距角以及燃气轮机的动力涡轮转速进行所需的调节处于最优控制目标值时，燃气轮机的输出扭矩与空气变距桨的空气阻力匹配；步骤3、根据上述建立的目标控制函数以及确定的最优控制目标值，确定任一时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量，以利用当前运行状态的螺距角实际值动力涡轮转速实际值n
p
以及所确定时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量生成相应的螺距角控制量u，利用生成的螺距角控制量u调节空气变距桨的螺距角，直至使得空气变距桨的螺距角与目标运行状态的螺距角目标值适配；其中，在初始t
k
时刻，采用猜值增量法确定在所述t
k
时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量Δn
p
(t
k
)；确定t
k
时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量Δn
p
(t
k
)后，基于目标控制函数以及最优控制目标值下的迭代运算确定变距过程中任一时刻的螺距角调节量与动力涡轮转速调节量。2.根据权利要求1所述的用于气垫船机桨的匹配控制方法，其特征是，步骤2中，所确定的匹配控制限制条件包括匹配控制第一限制条件、匹配控制第二限制条件以及匹配控制第三限制条件，其中，匹配控制第一限制条件包括变距时间限制条件以及燃气轮机的燃机扭矩限制条件，其中，变距时间限制条件为气垫船由当前运行状态切换至目标运行状态过程中与螺距角目标值适配的最小变距时间燃机扭矩限制条件为在最小变距时间内，ω
t
<ω
max
，ω
t
为燃气轮机的燃机扭矩，ω
max
为燃气轮机的最大允许扭矩；匹配控制第二限制条件包括涡轮转速超调量限制条件，其中，所述涡轮转速超调量限制条件为：在最小变距时间内，内，为燃气轮机的动力涡轮转速超调量，为燃气轮机的动力涡轮转速最大允许超调量；匹配控制第三限制条件包括燃气轮机功率变化限制条件，其中，所述燃气轮机功率变化限制条件为：在最小变距时间内，ΔP
t
<ΔP
t_max
，ΔP
t
为燃气轮机的功率变化值，ΔP
t_max
为燃气轮机所允许的功率变化最大值。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱嵘嘉，吴晓奇，夏焱，严罡，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零三研究所无锡分部，
类型：发明
国别省市：