專利名稱：船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶用的動(dòng)力系統(tǒng)，特別是涉及船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
在船舶發(fā)電機(jī)的控制中，以設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速無差異的方式進(jìn)行 PID(比例-積分-微分)控制。但是，在惡劣氣候時(shí)，由于螺旋槳產(chǎn)生的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩急劇變化，因此，在利用設(shè)想正常氣候情況下的航行的增速的PID控制中，不能獲得充分的應(yīng)答性能，存在由于超速而引起發(fā)電機(jī)故障的危險(xiǎn)。對(duì)于這樣的問題，提出了預(yù)測由于干擾所產(chǎn)生的螺旋槳轉(zhuǎn)速的變動(dòng)而改變PID控制的增速的構(gòu)成的方案(專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平8-200131號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的課題)但是，在也包含專利文獻(xiàn)1的船舶中一般的調(diào)速裝置的PID控制中，由于為了將轉(zhuǎn)速維持在恒定而根據(jù)干擾使燃料噴射量變動(dòng)，因此，燃料消費(fèi)量增加。近年來，由于強(qiáng)烈要求燃油效率的提高，因此，在現(xiàn)有的PID控制中不能滿足。本發(fā)明鑒于上述問題而作出的，以在燃料供應(yīng)中使用基于轉(zhuǎn)速的PID控制的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)中，即使在由干擾所產(chǎn)生的影響較大時(shí)，也能夠一邊維持目標(biāo)轉(zhuǎn)速，一邊實(shí)現(xiàn)燃油效率的提高作為課題。(用于解決課題的方法)本發(fā)明的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，為將主機(jī)的轉(zhuǎn)速作為輸入，以轉(zhuǎn)速恒定的方式進(jìn)行燃料噴射量的PID控制的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩充足有余時(shí)，將連接于主機(jī)的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)而回收再生能量，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)而輔助主機(jī)動(dòng)力。優(yōu)選基于主機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)測轉(zhuǎn)速的差來進(jìn)行電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換，并且， 對(duì)應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)測轉(zhuǎn)速的差來控制電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的輔助推動(dòng)量。此外，優(yōu)選推定因干擾所產(chǎn)生的變動(dòng)來進(jìn)行電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換，并且，由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的輔助推動(dòng)量與由于干擾產(chǎn)生的變動(dòng)而不足的轉(zhuǎn)矩量相對(duì)應(yīng)。此外，也可以由主機(jī)的狀態(tài)檢測需要輔助推動(dòng)的狀況，而將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，并且，基于例如主機(jī)的缸內(nèi)溫度、進(jìn)氣壓中的至少一項(xiàng)來判斷此時(shí)主機(jī)的狀態(tài)。(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明，在燃料供應(yīng)中使用基于轉(zhuǎn)速的PID控制的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)中，即使在由干擾所產(chǎn)生的影響較大時(shí)，也能夠一邊維持目標(biāo)轉(zhuǎn)速，一邊實(shí)現(xiàn)燃油效率的提高。


圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的構(gòu)成的方框圖。
圖2是第一實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的方框線圖。圖3是第二實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的方框線圖。圖4是第三實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的方框線圖。符號(hào)說明10、30、31船舶用控制系統(tǒng)11 主機(jī)12電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(軸傳動(dòng)發(fā)電機(jī))13螺旋槳14調(diào)速裝置15 主軸16轉(zhuǎn)速傳感器17 逆變器(inverter)/轉(zhuǎn)換器(converter)18 電池19、23、24 控制器20PID 控制部21控制對(duì)象22推定器。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的構(gòu)成的方框圖。本實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)10將主機(jī)11以及電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(軸傳動(dòng)發(fā)電機(jī))12作為動(dòng)力源而使螺旋槳13旋轉(zhuǎn)。通過利用基于轉(zhuǎn)速指令、實(shí)測的主機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制的調(diào)速裝置14來控制向主機(jī)11的燃料供應(yīng)。即，通過反饋實(shí)測的主機(jī)轉(zhuǎn)速，將主機(jī)轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速指令)。另外，主機(jī)轉(zhuǎn)速通過利用公知的轉(zhuǎn)速傳感器16檢測主軸15 的轉(zhuǎn)速而被計(jì)測
電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12連接于例如與主軸15相對(duì)側(cè)的主機(jī)11的曲柄軸。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12經(jīng)由逆變器/轉(zhuǎn)換器17電連接于電池18。逆變器/轉(zhuǎn)換器17由控制器19控制。S卩，控制器19使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12作為發(fā)電機(jī)發(fā)揮作用時(shí)，將再生能量供給電池 18而進(jìn)行充電；控制器19使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12作為電動(dòng)機(jī)發(fā)揮作用時(shí)，將電力從電池18 供給電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12，而輔助主機(jī)11的旋轉(zhuǎn)力。接著，參照?qǐng)D2對(duì)第一實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)10的具體的動(dòng)力控制方法進(jìn)行說明。另外，圖2為第一實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)10的控制系統(tǒng)的方框線圖。在動(dòng)力系統(tǒng)10中，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩充足有余時(shí)，將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12用作發(fā)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，用作電動(dòng)機(jī)。如圖2所示，由轉(zhuǎn)速傳感器16 (參照?qǐng)D1)所檢測出的主機(jī)12的實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne向PID控制部20的輸入側(cè)反饋，作為轉(zhuǎn)速指令的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速 的偏差(轉(zhuǎn)速偏差)被輸入PID控制部20。如現(xiàn)有周知，通過來自PID控制部20的指示，調(diào)整向主機(jī)11的燃料供應(yīng)量，進(jìn)行以主機(jī)11為中心的控制對(duì)象21的控制。此外，在第一實(shí)施方式中，利用負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速偏差被輸入控制器19。在控制器19
4中，基于轉(zhuǎn)速偏差來判斷主機(jī)轉(zhuǎn)矩的充足和不足，據(jù)此來判斷將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12用作發(fā)電機(jī)，或者用作電動(dòng)機(jī)，同時(shí)基于該判斷而通過逆變器/轉(zhuǎn)換器17(參照?qǐng)D1)來控制電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12的驅(qū)動(dòng)。例如，在轉(zhuǎn)速偏差為正值的情況下，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne未達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，因此，可考慮為轉(zhuǎn)矩不足，逆變器/轉(zhuǎn)換器17從電池18供應(yīng)電力，而使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12作為電動(dòng)機(jī)發(fā)揮作用。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生的輔助推動(dòng)量(附加的轉(zhuǎn)矩)也可以與例如轉(zhuǎn)速偏差的大小相對(duì)應(yīng)(例如比例)進(jìn)行調(diào)整。此外，在轉(zhuǎn)速偏差不足0的情況下，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，因此，主機(jī)轉(zhuǎn)矩處于充足的狀態(tài)。因此，逆變器/轉(zhuǎn)換器17將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生的再生能量向電池輸送并進(jìn)行充電。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩充足有余時(shí)，將再生能量向電池充電， 當(dāng)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，利用充電的電力進(jìn)行發(fā)電機(jī)輔助推動(dòng)，因此，由于用電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)吸收由波浪等所產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)，并且減少因主機(jī)的轉(zhuǎn)速控制所產(chǎn)生的操作量，因此，能夠顯著地改善燃油效率。接著，參照?qǐng)D3對(duì)第二實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖3為第二實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)30的控制系統(tǒng)的方框線圖。在第一實(shí)施方式中，由實(shí)測的主機(jī)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的偏差來判斷主機(jī)轉(zhuǎn)矩的充足和不足，而進(jìn)行電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)換。但是，在第二實(shí)施方式中，推定負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)等的干擾，據(jù)此來進(jìn)行與不足的主機(jī)轉(zhuǎn)矩量相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)輔助推動(dòng)。另外，由于有關(guān)其他構(gòu)成與第一實(shí)施方式相同，因此，省略其說明。在使用從控制對(duì)象所得到的物理量的推定器22中推定負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在控制器23中， 由推定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩求出將燃料維持在一定的情況下的不足的主機(jī)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12 由控制器23控制通過逆變器/轉(zhuǎn)換器17 (參照?qǐng)D1)而輔助推動(dòng)所求出的不足量的轉(zhuǎn)矩 (或者其規(guī)定比例)。即，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12與第一實(shí)施方式相同，根據(jù)變動(dòng)而作為電動(dòng)機(jī)以及發(fā)電機(jī)交替發(fā)揮作用，當(dāng)作為發(fā)電機(jī)發(fā)揮作用時(shí)，對(duì)電池18進(jìn)行充電。另外，負(fù)載轉(zhuǎn)矩作為由例如從主機(jī)轉(zhuǎn)速的微分值推定的軸轉(zhuǎn)矩與從向主機(jī)11的燃料供應(yīng)量模擬的主機(jī)轉(zhuǎn)矩的差來進(jìn)行推定。如上所述，在第二實(shí)施方式的構(gòu)成中也能夠得到與第一實(shí)施方式相同的效果。接著，參照?qǐng)D4對(duì)第三實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖4為第三實(shí)施方式的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)31的控制系統(tǒng)的方框線圖。在第一、第二實(shí)施方式中，監(jiān)控主機(jī)轉(zhuǎn)速和干擾的變動(dòng)，進(jìn)行與例如波浪產(chǎn)生的變動(dòng)相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)輔助推動(dòng)，但是，在第三實(shí)施方式中，把握例如主機(jī)11等的控制對(duì)象的狀態(tài)，在規(guī)定的狀態(tài)中進(jìn)行電動(dòng)機(jī)輔助推動(dòng)。即，在惡劣氣候時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)劇烈，燃料供應(yīng)量也較大地變動(dòng)，主機(jī)11的狀態(tài)也發(fā)生變化。在第三實(shí)施方式系統(tǒng)中，在這樣的狀況下連續(xù)地進(jìn)行電動(dòng)機(jī)輔助推動(dòng)。另外，由于有關(guān)其他構(gòu)成與第一、第二實(shí)施方式相同，因此，省略其說明。在本實(shí)施方式中，從例如進(jìn)氣壓和缸內(nèi)溫度等來把握主機(jī)11的狀態(tài)。即，當(dāng)由于波浪而螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩上升時(shí)，由于轉(zhuǎn)速下降，因此，利用PID控制來增加燃料供應(yīng)量。由此，相對(duì)于空氣量(進(jìn)氣壓)，燃料量變多，缸內(nèi)溫度變高。因此，當(dāng)監(jiān)控缸內(nèi)溫度和進(jìn)氣壓時(shí)，能夠判斷主機(jī)11的狀態(tài)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)是否影響較大的狀態(tài)。在第三實(shí)施方式的控制器M中，在主機(jī)11的缸內(nèi)溫度高于規(guī)定值的情況下，以及在進(jìn)氣壓低于得到與現(xiàn)在的燃料量相對(duì)應(yīng)的空氣量所必要的值的情況下，判斷為需要輔助推動(dòng)的狀態(tài)，而通過逆變器/轉(zhuǎn)換器17將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)12作為電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。另外， 是否為需要輔助推動(dòng)的狀態(tài)的判斷也可以使用多個(gè)參數(shù)來進(jìn)行。如上所述，在第三實(shí)施方式中，通過把握惡劣氣候時(shí)等的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)較大的狀況，而在這樣的情況下進(jìn)行電動(dòng)機(jī)輔助推動(dòng)，從而與第一以及第二實(shí)施方式相同，能夠提高主機(jī)的燃油效率。
權(quán)利要求
1.一種船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，將主機(jī)的轉(zhuǎn)速作為輸入，以轉(zhuǎn)速恒定的方式進(jìn)行燃料噴射量的PID控制，所述船舶用動(dòng)力系統(tǒng)的特征在于，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩充足有余時(shí)，將連接于主機(jī)的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)而回收再生能量，當(dāng)所述主機(jī)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，將所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)而輔助主機(jī)動(dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，基于所述主機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)測轉(zhuǎn)速的差來進(jìn)行所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)應(yīng)于所述差來控制所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的輔助推動(dòng)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，推定因干擾所產(chǎn)生的變動(dòng)來進(jìn)行所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，由所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的輔助推動(dòng)量與由于所述變動(dòng)而不足的轉(zhuǎn)矩量相對(duì)應(yīng)。
6.一種船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，由所述主機(jī)的狀態(tài)檢測輔助推動(dòng)所需要的狀況， 而將所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，基于所述主機(jī)的缸內(nèi)溫度、進(jìn)氣壓中的至少一項(xiàng)來判斷所述主機(jī)的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種船舶用動(dòng)力系統(tǒng)，將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(12)連接于主機(jī)(11)的曲柄軸。在連接主機(jī)(11)和螺旋槳(13)的主軸(15)上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器(16)?；谟棉D(zhuǎn)速傳感器(16)所檢測的主機(jī)(11)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，以主機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速維持在目標(biāo)轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行燃料供應(yīng)的PID控制。在控制器(19)中，由目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差判斷主機(jī)轉(zhuǎn)矩的充足和不足。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩充足時(shí)，控制逆變器/轉(zhuǎn)換器(17)，而將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(12)的再生能量充電至電池(18)。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(12)作為電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行輔助推動(dòng)。
文檔編號(hào)B63H21/21GK102365200SQ201080014109
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者宮田淳也, 稻見昭一 申請(qǐng)人:三井造船株式會(huì)社