專利名稱：船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，特別是涉及船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
背景技術(shù)：
在船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)(主發(fā)動(dòng)機(jī))的控制中，以消除設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差的方式進(jìn)行PID (比例-積分-微分)控制。但是，由于在惡劣天氣時(shí)，發(fā)生螺旋槳露出于水面上的螺旋槳飛車，通過螺旋槳產(chǎn)生的負(fù)載扭矩急劇變化，因此在利用設(shè)想的在正常天氣下航行的增益進(jìn)行的PID控制中，無法獲得足夠的反應(yīng)性能，存在由于超速而引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障的危險(xiǎn)。對(duì)于這樣的問題，提出了預(yù)測(cè)由于干擾所產(chǎn)生的螺旋槳轉(zhuǎn)速的變動(dòng)而變更PID控制的增益的構(gòu)成(專利文獻(xiàn)I)。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)明要解決的問題)然而，從所謂耗油量的改善的觀點(diǎn)出發(fā)，在專利文獻(xiàn)I的構(gòu)成中依然存在著對(duì)由波浪等的干擾造成的轉(zhuǎn)速變化反應(yīng)遲緩、進(jìn)行著無用的燃料的投入的問題。本發(fā)明鑒于上述問題而制成，以對(duì)應(yīng)干擾進(jìn)行轉(zhuǎn)速指令的補(bǔ)正從而謀求耗油量經(jīng)濟(jì)性的提升為課題。(解決技術(shù)問題的技術(shù)方案)本發(fā)明的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，具備控制計(jì)算部，由轉(zhuǎn)速指令以及實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算使主發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為一定的調(diào)速器指令；觀測(cè)器，由所述調(diào)速器指令和所述實(shí)際轉(zhuǎn)速推定由干擾造成的規(guī)定的物理量的變動(dòng)；轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正單元，對(duì)應(yīng)所述規(guī)定的物理量的變動(dòng)對(duì)所述轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行補(bǔ)正。轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正單元，例如將規(guī)定的增益乘以規(guī)定的物理量的變動(dòng)的值作為補(bǔ)正值，與轉(zhuǎn)速指令相加。另外，此時(shí)，通過將補(bǔ)正值的相位對(duì)應(yīng)主發(fā)動(dòng)機(jī)以及控制計(jì)算部的延遲進(jìn)行延遲，并與轉(zhuǎn)速指令相加，能夠進(jìn)行更為適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速指令的補(bǔ)正。通過對(duì)應(yīng)規(guī)定的物理量的振幅的大小對(duì)上述補(bǔ)正值進(jìn)行修正，對(duì)惡劣天氣時(shí)的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行向下修正，能夠防止惡劣天氣時(shí)的螺旋槳飛車的發(fā)生。此時(shí)，例如從上述補(bǔ)正值減去振幅乘以增益的值，再將得到的值與轉(zhuǎn)速指令相力卩。對(duì)于上述的物理量，例如包含有螺旋槳流入速度或負(fù)載扭矩。本發(fā)明的船舶，以具備上述船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為特征。本發(fā)明的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，由轉(zhuǎn)速指令以及實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算將主發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持一定的調(diào)速器指令，使用觀測(cè)器由所述調(diào)速器指令和所述實(shí)際轉(zhuǎn)速推定由干擾造成的規(guī)定的物理量的變動(dòng)，對(duì)應(yīng)所述規(guī)定的物理量的變動(dòng)對(duì)所述轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行補(bǔ)正。(發(fā)明的效果)
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)?yīng)干擾進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)速指令的補(bǔ)正，謀求耗油量經(jīng)濟(jì)性的提升。


圖1是示出了作為本發(fā)明的實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。圖2是示出了本實(shí)施方式的計(jì)算部的詳細(xì)構(gòu)成的控制框圖。符號(hào)說明10 船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)11 船體12 主發(fā)動(dòng)機(jī)13 調(diào)速器14 主軸15 調(diào)速器控制裝置16 補(bǔ)正計(jì)算部17 控制計(jì)算部(PID計(jì)算部)18 觀測(cè)器19 計(jì)算部20 增益K計(jì)算模塊21 相位延遲計(jì)算模塊22 振幅提取模塊23 增益L計(jì)算模塊S 控制對(duì)象。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式參照附圖進(jìn)行說明。圖1為示出了作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的整體的構(gòu)成的框圖。本實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10為，控制船體11中設(shè)置的主發(fā)動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，通過調(diào)速器13控制供給至主發(fā)動(dòng)機(jī)12的燃料量。調(diào)速器13通過從調(diào)速器控制裝置15發(fā)出的調(diào)速器指令被控制，該調(diào)速器指令基于轉(zhuǎn)速指令K和主軸14的實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne被計(jì)算出。并且，實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne，通過以現(xiàn)有眾所周知的方法檢測(cè)出主軸14的轉(zhuǎn)速(角速度)而求出。調(diào)速器控制裝置15由補(bǔ)正計(jì)算部16和控制計(jì)算部17構(gòu)成，補(bǔ)正計(jì)算部16基于調(diào)速器指令和實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne計(jì)算相對(duì)于轉(zhuǎn)速指令No的補(bǔ)正值(轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正值)n,控制計(jì)算部17基于通過轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正值n補(bǔ)正的轉(zhuǎn)速指令Nt/和實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne進(jìn)行控制計(jì)算。而后將來自控制計(jì)算部17的輸出作為調(diào)速器指令輸出至調(diào)速器13。并且，轉(zhuǎn)速指令K的補(bǔ)正，通過轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正值n與轉(zhuǎn)速指令No相加進(jìn)行,在控制計(jì)算部17中,對(duì)于補(bǔ)正轉(zhuǎn)速指令Nt/(=N0+n)和實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne的偏差e (=N0-NE+n)進(jìn)行PID計(jì)算。補(bǔ)正計(jì)算部16，具備觀測(cè)器18和計(jì)算部19。觀測(cè)器18為含有船體11、主發(fā)動(dòng)機(jī)
12、調(diào)速器13等的控制對(duì)象S的狀態(tài)觀測(cè)器，基于調(diào)速器指令和實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne推定由波浪等的干擾引起的規(guī)定的物理量(螺旋槳流入速度或負(fù)載扭矩等)的變動(dòng)。計(jì)算部19，基于通過觀測(cè)器18推定的物理量的變動(dòng)，計(jì)算轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正值n。接著參照?qǐng)D2的控制框圖對(duì)本實(shí)施方式中計(jì)算部19的更具體的構(gòu)成進(jìn)行說明。轉(zhuǎn)速指令 補(bǔ)正值n，基本上是通過推定的物理量(在圖2的例中螺旋槳流入速度)的變動(dòng)乘以增益K獲得。但是，由于在實(shí)際的主發(fā)動(dòng)機(jī)12或控制計(jì)算部(PID)17中存在反應(yīng)延遲，在本實(shí)施方式中對(duì)應(yīng)該反應(yīng)延遲，延遲補(bǔ)正值的相位。S卩，對(duì)推定物理量(螺旋槳流入速度m/s)的變動(dòng)在模塊20中乘以增益K，計(jì)算對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速(rpm)的補(bǔ)正值，將在那之后計(jì)算出的補(bǔ)正值的相位在模塊21中對(duì)應(yīng)主發(fā)動(dòng)機(jī)12以及控制計(jì)算部(PID) 17的延遲，進(jìn)行延遲。并且，反應(yīng)延遲是由主發(fā)動(dòng)機(jī)12或控制計(jì)算部(PID) 17的特性決定，通過預(yù)先實(shí)驗(yàn)或計(jì)算求出。另外，例如螺旋槳流入速度的變動(dòng)，通過(螺旋槳流入速度)一(船速)求出。并且，雖然船速V也可以通過觀測(cè)器18計(jì)算出，但是在得到實(shí)際測(cè)量值的情況下，將實(shí)際測(cè)量的船速V輸入至觀測(cè)器18，也可以使用實(shí)際轉(zhuǎn)速Ne、船速V、調(diào)速器指令計(jì)算螺旋槳流入速度或其他的各物理量。此外，在該實(shí)施方式中，為了在防止在惡劣天氣時(shí)由螺旋槳飛車造成的過度旋轉(zhuǎn)的同時(shí)改善耗油量，采用對(duì)應(yīng)波浪狀況自動(dòng)地抑制轉(zhuǎn)速指令的構(gòu)成。即，在本實(shí)施方式中，提取推定物理量(螺旋槳流入速度m/s)的變動(dòng)的振幅，基于該振幅，對(duì)相位延遲的補(bǔ)正值進(jìn)一步修正，設(shè)為轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正值n。例如，螺旋槳流入速度(m/s)的振幅在模塊22中被提取，在模塊23中使提取的振幅乘以增益L。而后從來自模塊21的補(bǔ)正值中減去來自模塊23的輸出，并設(shè)為轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正值n。即，隨著振幅的增大，目標(biāo)轉(zhuǎn)速下降。通過以上方式，根據(jù)本實(shí)施方式，通過觀測(cè)器推定由干擾造成的物理量的變動(dòng)，基于此對(duì)轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行補(bǔ)正，從而抑制調(diào)速器指令的變動(dòng)，防止由反應(yīng)延遲造成的耗油量的惡化。特別是在本實(shí)施方式中，由于基于實(shí)際轉(zhuǎn)速、調(diào)速器指令通過觀測(cè)器推定基于干擾的物理量變動(dòng)，基于此補(bǔ)正轉(zhuǎn)速指令，因此能夠在對(duì)現(xiàn)有的調(diào)速控制系統(tǒng)不施加大幅變更而得以適用。另外，在本實(shí)施方式中，通過將對(duì)應(yīng)控制計(jì)算部以及主機(jī)的反應(yīng)延遲的相位延遲賦予物理量變動(dòng)，能夠在更有效的時(shí)刻抑制調(diào)速器指令的變動(dòng)。另外在本實(shí)施方式中，能夠結(jié)合海象從變動(dòng)的振幅自動(dòng)地變更轉(zhuǎn)速指令(在惡劣天氣時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行向下修正)，能夠防止由螺旋槳飛車造成的過度旋轉(zhuǎn)的發(fā)生并抑制耗油量的惡化。并且，為了對(duì)應(yīng)振幅的變動(dòng)，也可以在振幅提取模塊之后設(shè)置低通濾波器。由此，例如忽然進(jìn)入到波浪多的海域時(shí)等，相對(duì)于數(shù)十分鐘命令的變動(dòng)能夠自動(dòng)修正轉(zhuǎn)速指令，不進(jìn)行手動(dòng)的對(duì)應(yīng)而能夠謀求耗油量經(jīng)濟(jì)性的的提升。
權(quán)利要求
1.一種船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，具有 控制計(jì)算部，由轉(zhuǎn)速指令以及實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算使主發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為一定的調(diào)速器指令； 觀測(cè)器，由所述調(diào)速器指令和所述實(shí)際轉(zhuǎn)速推定由干擾造成的規(guī)定的物理量的變動(dòng)； 轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正單元，對(duì)應(yīng)所述規(guī)定的物理量的變動(dòng)對(duì)所述轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行補(bǔ)正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)速指令補(bǔ)正單元，將所述規(guī)定的物理量的變動(dòng)乘以規(guī)定的增益的值作為補(bǔ)正值，與所述轉(zhuǎn)速指令相加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 將所述補(bǔ)正值的相位對(duì)應(yīng)所述主發(fā)動(dòng)機(jī)以及所述控制計(jì)算部的延遲進(jìn)行延遲，與所述轉(zhuǎn)速指令相加。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 對(duì)應(yīng)所述規(guī)定的物理量的變動(dòng)中的振幅的大小，對(duì)所述補(bǔ)正值進(jìn)行修正，對(duì)在惡劣天氣時(shí)的所述轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行向下修正。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 將所述振幅乘以增益的值從所述補(bǔ)正值中減去，與所述轉(zhuǎn)速指令相加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述物理量，包含螺旋槳流入速度或者負(fù)載扭矩。
7.一種船舶，其特征在于，具備權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
8.一種船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于， 由轉(zhuǎn)速指令以及實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算將主發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持一定的調(diào)速器指令，使用觀測(cè)器由所述調(diào)速器指令和所述實(shí)際轉(zhuǎn)速推定由干擾造成的規(guī)定的物理量的變動(dòng)，對(duì)應(yīng)所述規(guī)定的物理量的變動(dòng)對(duì)所述轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行補(bǔ)正。
全文摘要
檢測(cè)連結(jié)于主發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的主軸(14)的實(shí)際轉(zhuǎn)速NE。相對(duì)于轉(zhuǎn)速指令NO以及實(shí)際轉(zhuǎn)速NE的偏差在控制計(jì)算部(17)實(shí)施PID計(jì)算。將通過PID計(jì)算得到的調(diào)速器指令輸出至調(diào)速器(13)，控制供給至主發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的燃料量。此外，將調(diào)速器指令以及實(shí)際轉(zhuǎn)速NE輸入至控制對(duì)象S的觀測(cè)器(18)，推定螺旋槳流入速度變動(dòng)。在計(jì)算部(19)中使螺旋槳流入速度變動(dòng)與規(guī)定增益相乘再與轉(zhuǎn)速指令NO相加，對(duì)轉(zhuǎn)速指令NO進(jìn)行補(bǔ)正。
文檔編號(hào)F02D29/02GK103069135SQ20118004009
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者宮田淳也, 稻見昭一, 辻康之 申請(qǐng)人:三井造船株式會(huì)社