專利名稱：一種基于四象限運行的螺旋槳模擬裝置及其模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶動力裝置，尤其涉及一種螺旋槳模擬裝置及其模擬方法。
背景技術(shù)：
螺旋槳作為船舶動力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其設(shè)計、匹配的好壞直接影響到整條船的性能，為開展這方面的研究工作，目前對螺旋槳模擬多采用將其按比例縮小后放入一個水池中進行試驗研究，這種裝置設(shè)備龐大、費用昂貴，維護保養(yǎng)也不易，不適合小型研究及實驗室教學(xué)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種可模擬螺旋槳負載特性的螺旋槳模擬
直ο本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種該螺旋槳模擬裝置的螺旋槳模擬方法。本發(fā)明的一種基于四象限運行的螺旋槳模擬裝置，包括上位機、PLC控制器、直流電機、可調(diào)節(jié)直流電機電樞電壓和電樞電流的第一直流調(diào)速器、可調(diào)節(jié)直流電機勵磁電流的第二直流調(diào)速器、用于檢測該直流電機輸出扭矩的扭矩傳感器和用于檢測該直流電機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器；上位機與PLC控制器雙向通信連接；該PLC控制器的信號輸出端分別與第一直流調(diào)速器的信號輸入端和第二直流調(diào)速器的信號輸入端電連接；第一直流調(diào)速器的輸出端與該直流電機的電樞主回路電連接，第二直流調(diào)速器的輸出端與該直流電機的勵磁主回路電連接；扭矩傳感器的信號輸出端和轉(zhuǎn)速傳感器的信號輸出端分別與PLC控制器的信號輸入端電連接。本發(fā)明的一種螺旋槳模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟
步驟1，上位機接收用戶對螺旋槳模式和工況的選擇命令，并從預(yù)先存儲于該上位機內(nèi)的多組螺旋槳特性曲線中選取與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線，并將選取的螺旋槳特性曲線、以及用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息發(fā)送給所述的PLC控制器；
步驟2，PLC控制器根據(jù)所述轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的直流電機的轉(zhuǎn)速、所述扭矩傳感器檢測到的直流電機的輸出扭矩、從上位機接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，通過第一直流調(diào)速器和第二直流調(diào)速器控制所述的直流電機按照該接收到的螺旋槳特性曲線運行。本發(fā)明能夠模擬定距槳、調(diào)距槳模式下，不同工況、不同海況時的加速航行、減速航行、緊急倒航等螺旋槳負載特性，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制靈活等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明螺旋槳模擬裝置一實施例的原理框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的螺旋槳模擬裝置在應(yīng)用于船舶動力試驗平臺時的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的第一直流調(diào)速器的原理圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的第二直流調(diào)速器的原理圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的上位機的原理框圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的PLC控制器的原理框圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的定距槳模式下的螺旋槳特性曲線示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的定距槳模式下的螺旋槳模擬裝置的主控制流程示 意圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明ー實施例的調(diào)距槳模式下的螺旋槳模擬裝置的主控制流程示 意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進ー步說明。參考圖1至圖4。根據(jù)本發(fā)明一實施例的基于四象限運行的螺旋槳模擬裝置包括 上位機1、PLC控制器2、直流電機3、可調(diào)節(jié)直流電機電樞電壓和電樞電流的第一直流調(diào)速 器4、可調(diào)節(jié)直流電機勵磁電流的第二直流調(diào)速器5、用于檢測直流電機3的輸出扭矩的扭 矩傳感器6、用于檢測直流電機3的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器7、水電阻負載R1、第一切換電路和第 ニ切換電路。該螺旋槳模擬裝置在應(yīng)用于船舶動カ試驗平臺吋，如圖2所示，主機81通過齒輪 箱82與扭矩傳感器6連接。上位機1與PLC控制器2雙向電連接。PLC控制器2的信號輸出端分別與第一直 流調(diào)速器4的信號輸入端和第二直流調(diào)速器5的信號輸入端電連接。第一直流調(diào)速器4的 輸出端與直流電機3的電樞主回路31電連接，第二直流調(diào)速器5的輸出端與直流電機3的 勵磁主回路32電連接。扭矩傳感器6的信號輸出端和轉(zhuǎn)速傳感器7的信號輸出端分別與 PLC控制器2的信號輸入端電連接。轉(zhuǎn)速傳感器7可采用光電編碼器。在一種實施方式中， 上位機1與PLC控制器2可通過PR0FIBUS內(nèi)部總線實現(xiàn)電連接，直流調(diào)速器4與直流調(diào)速 器5之間也可通過PR0FIBUS內(nèi)部總線連接，實時傳輸數(shù)據(jù)信息。第一切換電路的控制輸入端和第二切換電路的控制輸入端分別與PLC控制器2的 信號輸出端電連接。參考圖3。第一切換電路由一接觸器KM2組成，第二切換電路由一接觸 器KM3組成。接觸器KM2設(shè)置在水電阻負載Rl與直流電機3的電樞主回路31之間，用于 選擇性地使該水電阻負載Rl與直流電機的電樞主回路31連接或斷開；接觸器KM3設(shè)置在 第一直流調(diào)速器4的輸出端與直流電機3的電樞主回路31之間，用于選擇性地使該第一直 流調(diào)速器4的輸出端與直流電機的電樞主回路31連接或斷開。在圖3中，在接觸器KM2、 KM3與直流電機的電樞主回路之間還設(shè)有ー電流檢測裝置91。參考圖5，上位機1包括螺旋槳模式輸入模塊11、エ況輸入模塊12、曲線存儲模 塊13和控制模塊15。螺旋槳模式輸入模塊11用于接收用戶對螺旋槳模式的輸入命令。螺 旋槳模式包括定距槳模式和調(diào)據(jù)槳模式，用戶可以對這兩種模式進行選擇。當(dāng)用戶選擇調(diào) 距槳模式吋，還要對螺距進行限定。エ況輸入模塊12用于接收用戶對エ況的輸入命令。エ 況的情況種類包括例如加速ェ況、減速ェ況、緊急倒航ェ況等等。曲線存儲模塊13用于存儲螺旋槳特性曲線。該螺旋槳特性曲線主要包括定距槳模式下的轉(zhuǎn)速扭矩關(guān)系曲線及調(diào)距槳模式下的螺距扭矩關(guān)系曲線?？刂颇K15分別與螺旋槳模式輸入模塊11、工況輸入模塊12和曲線存儲模塊13電連接?？刂颇K15接收PLC控制器2傳送的直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，根據(jù)用戶選擇的螺旋槳模式和工況從曲線存儲模塊13讀取與當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線，并將選取的螺旋槳特性曲線、以及用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息發(fā)送給所述的PLC控制器2。在一種優(yōu)選實施方式中，上位機1還包括一曲線生成模塊14，曲線生成模塊與控制模15電連接，其可在控制模塊15的控制下，根據(jù)預(yù)先存儲于曲線存儲模塊13內(nèi)、與直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相接近的螺旋槳特性曲線，生成與直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相對應(yīng)的螺旋槳特性曲線。當(dāng)用戶輸入螺旋槳模式和工況后，控制模塊15不能從曲線存儲模塊13內(nèi)找到與直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相接近的螺旋槳特性曲線時，控制模塊15會控制曲線生成模塊 14在預(yù)先存儲于曲線存儲模塊13內(nèi)、與直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相接近的螺旋槳特性曲線基礎(chǔ)上通過線性偶合產(chǎn)生新的螺旋槳特性曲線。例如，定距槳模式下曲線生成模塊14根據(jù)已有的轉(zhuǎn)速從0-300RPM的加速工況曲線和轉(zhuǎn)速從0-400RPM 的加速工況曲線可以偶合出轉(zhuǎn)速從0-350RPM、0-380RPM的加速工況轉(zhuǎn)速扭矩曲線；調(diào)距槳模式下根據(jù)已有的300RPM時的螺距扭矩曲線和400RPM時的螺距扭矩曲線可以偶合出 350RPM、380RPM時的螺距扭矩曲線；另外根據(jù)已有海況下的特性曲線也可以偶合出新海況下的螺旋槳特性曲線。參考圖6。PLC控制器2包括接收模塊21和主控模塊22。接收模塊21與上位機 1雙向電連接；主控模塊22與接收模塊21雙向電連接，并與扭矩傳感器6的信號輸出端和轉(zhuǎn)速傳感器7的信號輸出端電連接。接收模塊21接收由上位機1發(fā)送的螺旋槳特性曲線、 用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息。主控模塊22根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器7檢測到的直流電機3的轉(zhuǎn)速、扭矩傳感器6檢測到的直流電機3的輸出扭矩、接收模塊22接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，通過第一直流調(diào)速器4和第二直流調(diào)速器5控制直流電機3按照該接收模塊21接收到的螺旋槳特性曲線運行，并通過接收模塊21向上位機1傳送直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。主控模塊22進一步包括扭矩查詢單元221、勵磁電流控制單元222、轉(zhuǎn)速查詢單元223、電樞控制單元2 和管理單元225。扭矩查詢單元221根據(jù)螺距或轉(zhuǎn)速傳感器7檢測到的直流電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速，查詢存放于接收模塊21中的螺旋槳特性曲線，確定與該螺距或該當(dāng)前轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的扭矩。勵磁電流控制單元222根據(jù)扭矩查詢單元221確定的扭矩計算直流電機3的勵磁電流值，并將計算結(jié)果發(fā)送給所述第二直流調(diào)速器5 ；并且，根據(jù)扭矩傳感器6采集到的直流電機的扭矩計算直流電機3的勵磁電流調(diào)整值，將該勵磁電流調(diào)整值發(fā)送給所述第二直流調(diào)速器5，通過第二直流調(diào)速器5對直流電機的輸出扭矩進行閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速查詢單元223根據(jù)扭矩傳感器6采集到的直流電機的當(dāng)前扭矩，查詢存放于接收模塊21中的螺旋槳特性曲線，確定與當(dāng)前扭矩相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。電樞控制單元2M根據(jù)轉(zhuǎn)速查詢單元確定的轉(zhuǎn)速計算直流電機電樞電壓和電樞電流，并根據(jù)該計算結(jié)果通過第一直流調(diào)速器4控制直流電機3的直流電機電樞電壓和直流電機電樞電流。管理單元225根據(jù)接收模塊1接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，判斷直流電機3所處的工作象限， 根據(jù)直流電機3所處的象限分別控制扭矩查詢單元221、勵磁電流控制單元222、轉(zhuǎn)速查詢單元223和電樞控制單元224的工作。下面以本發(fā)明的螺旋槳模擬裝置工作于定距槳模式下的緊急倒航特性曲線舉例說明。如圖7中的3#曲線所示，該緊急倒航特性曲線經(jīng)過第一、三、四象限。運行在第一象限即正轉(zhuǎn)速正扭矩輸出時，直流電機3按照他勵直流發(fā)電機的方式工作在發(fā)電模式。扭矩查詢單元221通過采集到的直流電機運行轉(zhuǎn)速結(jié)合轉(zhuǎn)速扭矩關(guān)系曲線得到當(dāng)前的給定扭矩值，勵磁電流控制單元222根據(jù)扭矩查詢單元221確定的扭矩，通過電機扭矩和勵磁電流的關(guān)聯(lián)公式計算出該扭矩下所需的勵磁電流值并傳送給第二直流調(diào)速器5 (型號為 DCS800-S02-0050)，再結(jié)合扭矩傳感器6采集到的扭矩反饋值，實時調(diào)節(jié)勵磁電流的大小實現(xiàn)扭矩閉環(huán)控制，從而以扭矩控制方式確保直流電機按照給定的螺旋槳負載特性曲線運行。此時直流電機3的轉(zhuǎn)速取決于主機81的轉(zhuǎn)速，直流電機3作為負載裝置其扭矩的方向始終與柴油機的扭矩輸出方向相反。在第一象限運行時，如圖2所示，管理單元225控制 KM3斷開，KM2閉合，此時直流電機3發(fā)電輸出的電能由水電阻負載Rl消耗。本發(fā)明的螺旋槳模擬裝置運行在第四象限即正轉(zhuǎn)速負扭矩輸出時，直流電機3從柴發(fā)電站取電工作在電動模式。當(dāng)直流電機3從發(fā)電區(qū)域逐步運行至電動區(qū)域時，在臨界點即在扭矩為零時，勵磁電流不為零，勵磁電流必須在勵磁電流控制單元222的控制下提前調(diào)整為零，并且在最后2%-5%扭矩時，利用直流電機3的剩磁進行發(fā)電，低于剩磁所產(chǎn)生的扭矩時，電樞控制單元2M控制第一直流調(diào)速器4切換電流方向，進入負值，此時直流電機3的電樞電流方向?qū)聪?，?dāng)反向勵磁電流所產(chǎn)生的磁通和剩磁抵消，此時輸出的轉(zhuǎn)矩為零。當(dāng)本發(fā)明的直流電機3工作在第四象限，直流電機3處于電動工作模式時，第一直流調(diào)速器4在電樞控制單元224的控制下切換到速度控制方式，調(diào)節(jié)直流電機3的電樞電壓和電樞電流，直流電機3 的輸出扭矩根據(jù)負載特性而變化，此時管理單元225控制KM3閉合，KM2斷開。倒航過程中工作在第四象限的直流電機3模擬實船螺旋槳作水輪機時的動力輸出特性，此時主機81的扭矩輸出和整個動力系統(tǒng)軸系脫開。本發(fā)明工作在第四象限時勵磁電流控制單元222控制第二直流調(diào)速器5保持恒勵磁輸出，轉(zhuǎn)速查詢單元223根據(jù)扭矩傳感器6采集到的直流電機3的當(dāng)前扭矩，查詢存放于接收模塊1中的螺旋槳特性曲線，確定與當(dāng)前扭矩相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；電樞控制單元2M根據(jù)轉(zhuǎn)速查詢單元確定的轉(zhuǎn)速計算直流電機3的電樞電壓和電樞電流，并控制第一直流調(diào)速器4 (型號為DCS800-S02-0045)通過三相全控橋來控制直流電機 3的電樞電壓和電樞電流，確保直流電機3按給定的扭矩轉(zhuǎn)速特性曲線中的轉(zhuǎn)速變化趨勢運行，此時系統(tǒng)的負載扭矩由軸系摩擦損耗阻扭矩提供。當(dāng)本發(fā)明運行到第三象限即負轉(zhuǎn)速負扭矩輸出時，直流電機3又工作在發(fā)電模式，提供反向阻扭矩，此時隨著扭矩和轉(zhuǎn)速數(shù)值的反向增加，模擬的是實船情況下的加速倒航運行工況。根據(jù)本發(fā)明一實施例的螺旋槳模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟
步驟1，上位機1接收用戶對螺旋槳模式和工況的選擇命令，并從預(yù)先存儲于該上位機 1內(nèi)的多組螺旋槳特性曲線中選取與直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線，并將選取的螺旋槳特性曲線、以及用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息發(fā)送給PLC控制器2 ；
步驟2，PLC控制器2根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器7檢測到的直流電機3的轉(zhuǎn)速、扭矩傳感器7檢測到的直流電機的輸出扭矩、從上位機1接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，通過第一直流調(diào)速器4和第二直流調(diào)速器5控制直流電機3按照該接收到的螺旋槳特性曲線運行。在上述的步驟1中，當(dāng)上位機1無法從預(yù)先存儲于該上位機內(nèi)的多組螺旋槳特性曲線中找到與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線時，該上位機會根據(jù)預(yù)先存儲于該上位機內(nèi)、與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相接近的螺旋槳特性曲線，生成與直流電機3的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相對應(yīng)的螺旋槳特性曲線。在上述的步驟2中，PLC控制器2根據(jù)接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，判斷直流電機所處的工作象限，根據(jù)直流電機所處的象限分別控制第二直流調(diào)速器5對直流電機3的勵磁電流進行調(diào)節(jié)，控制第一直流調(diào)速器4控制直流電機3的電樞電壓和電流，使直流電機3按照該接收到的螺旋槳特性曲線運行。PLC控制器2根據(jù)定距槳模式下的轉(zhuǎn)速扭矩關(guān)系曲線，通過直流電機的轉(zhuǎn)速獲取相應(yīng)的扭矩值，或根據(jù)調(diào)距槳模式下的螺距扭矩關(guān)系曲線，根據(jù)當(dāng)前的螺距值獲取給定的扭矩值，通過判斷直流電機所處的工作象限，可以知道直流電機3是處于發(fā)電模式還是電動模式，如果是處于發(fā)電模式，則通過扭矩控制方式來確保直流電機按照給定的螺旋槳負載特性曲線運行，如果是處于電動模式，則通過速度控制方式來確保直流電機按照給定的螺旋槳負載特性曲線運行。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的定距槳模式下的螺旋槳模擬裝置的主控制流程示意圖。在圖8中，當(dāng)PLC控制器不能根據(jù)螺旋槳特性曲線確定與該直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的扭矩，可以通過實時線性插值獲取與不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)的扭矩值。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的調(diào)距槳模式下的螺旋槳模擬裝置的主控制流程示意圖。本發(fā)明能夠在四象限內(nèi)模擬螺旋槳的負載特性，即第一象限的正轉(zhuǎn)速正扭矩輸出、第二象限的負轉(zhuǎn)速正扭矩輸出、第三象限的負轉(zhuǎn)速負扭矩輸出及第四象限的正轉(zhuǎn)速負扭矩輸出，不同象限內(nèi)的直流電機工作特性不一樣模擬的實船運行時的工況也不同。由于采用了 PLC控制器，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)直流電機發(fā)電模式向電動模式的雙向自動切換運行及不同螺旋槳模式、不同工況下的連鎖控制和安全保護控制；由于采用了高精度的扭矩傳感器，本發(fā)明可以通過扭矩閉環(huán)控制提高實際運行曲線與給定螺旋槳特性曲線的吻合度。
權(quán)利要求
1.一種基于四象限運行的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，包括上位機、PLC控制器、直流電機、可調(diào)節(jié)直流電機電樞電壓和電樞電流的第一直流調(diào)速器、可調(diào)節(jié)直流電機勵磁電流的第二直流調(diào)速器、用于檢測所述直流電機輸出扭矩的扭矩傳感器和用于檢測該直流電機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器；所述上位機與所述PLC控制器雙向通信連接；該PLC控制器的信號輸出端分別與第一直流調(diào)速器的信號輸入端和第二直流調(diào)速器的信號輸入端電連接；所述第一直流調(diào)速器的輸出端與所述直流電機的電樞主回路電連接，所述第二直流調(diào)速器的輸出端與所述直流電機的勵磁主回路電連接；所述扭矩傳感器的信號輸出端和所述轉(zhuǎn)速傳感器的信號輸出端分別與PLC控制器的信號輸入端電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，該螺旋槳模擬裝置還包括水電阻負載；第一切換電路，設(shè)置在所述水電阻負載與所述直流電機的電樞主回路之間；該第一切換電路的控制輸入端與所述PLC控制器的信號輸出端電連接，用于選擇性地使該水電阻負載與該直流電機的電樞主回路連接或斷開；第二切換電路，設(shè)置在第一直流調(diào)速器的輸出端與所述直流電機的電樞主回路之間； 該第二切換電路的控制輸入端與所述PLC控制器的信號輸出端電連接，用于選擇性地使該第一直流調(diào)速器的輸出端與直流電機的電樞主回路連接或斷開。
3.如權(quán)利要求1或2所述的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，所述的上位機包括螺旋槳模式輸入模塊，用于接收用戶對螺旋槳模式的輸入命令；工況輸入模塊，用于接收用戶對工況的輸入命令；曲線存儲模塊，用于存儲螺旋槳特性曲線；控制模塊，分別與所述的螺旋槳模式輸入模塊、工況輸入模塊和曲線存儲模塊電連接； 該控制模塊接收PLC控制器傳送的所述直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，根據(jù)用戶選擇的螺旋槳模式和工況從所述曲線存儲模塊讀取與當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線，并將選取的螺旋槳特性曲線、以及用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息發(fā)送給所述的PLC控制器。
4.如權(quán)利要求3所述的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，所述的上位機還包括曲線生成模塊，與所述的控制模塊電連接；用于在所述控制模塊的控制下，根據(jù)預(yù)先存儲于該曲線存儲模塊內(nèi)、與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相接近的螺旋槳特性曲線，生成與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相對應(yīng)的螺旋槳特性曲線。
5.如權(quán)利要求1所述的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，所述PLC控制器包括接收模塊，該接收模塊與所述上位機雙向電連接，用于接收由上位機發(fā)送的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息；主控模塊，與所述接收模塊雙向電連接，并與所述扭矩傳感器的信號輸出端和所述轉(zhuǎn)速傳感器的信號輸出端電連接；該主控模塊根據(jù)所述轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的直流電機的轉(zhuǎn)速、所述扭矩傳感器檢測到的直流電機的輸出扭矩、所述接收模塊接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，通過第一直流調(diào)速器和第二直流調(diào)速器控制所述的直流電機按照該接收模塊接收到的螺旋槳特性曲線運行，并通過所述接收模塊向所述上位機傳送所述直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。
6.如權(quán)利要求5所述的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，所述主控模塊進一步包括扭矩查詢單元，根據(jù)螺距或所述轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的直流電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速，查詢存放于接收模塊中的螺旋槳特性曲線，確定與該螺距或該當(dāng)前轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的扭矩；勵磁電流控制單元，根據(jù)扭矩查詢單元確定的扭矩計算直流電機的勵磁電流值，并將計算結(jié)果發(fā)送給所述第二直流調(diào)速器；并且，根據(jù)所述扭矩傳感器采集到的直流電機的扭矩計算直流電機的勵磁電流調(diào)整值，將該勵磁電流調(diào)整值發(fā)送給所述第二直流調(diào)速器，通過第二直流調(diào)速器對直流電機的輸出扭矩進行閉環(huán)控制；轉(zhuǎn)速查詢單元，根據(jù)所述扭矩傳感器采集到的直流電機的當(dāng)前扭矩，查詢存放于接收模塊中的螺旋槳特性曲線，確定與當(dāng)前扭矩相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；電樞控制單元，根據(jù)轉(zhuǎn)速查詢單元確定的轉(zhuǎn)速計算直流電機電樞電壓和電樞電流，根據(jù)該計算結(jié)果通過第一直流調(diào)速器控制所述直流電機的電樞電壓和電樞電流；管理單元，根據(jù)所述接收模塊接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，判斷直流電機所處的工作象限，根據(jù)直流電機所處的象限分別控制扭矩查詢單元、勵磁電流控制單元、轉(zhuǎn)速查詢單元和電樞控制單元的工作。
7.如權(quán)利要求2所述的螺旋槳模擬裝置，其特征在于，所述的第一切換電路和第二切換電路均為一接觸器；所述的轉(zhuǎn)速傳感器為光電編碼器。
8.—種如權(quán)利要求1所述的螺旋槳模擬裝置的模擬方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，上位機接收用戶對螺旋槳模式和工況的選擇命令，并從預(yù)先存儲于該上位機內(nèi)的多組螺旋槳特性曲線中選取與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線，并將選取的螺旋槳特性曲線、以及用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息發(fā)送給所述的PLC控制器；步驟2，PLC控制器根據(jù)所述轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的直流電機的轉(zhuǎn)速、所述扭矩傳感器檢測到的直流電機的輸出扭矩、從上位機接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，通過第一直流調(diào)速器和第二直流調(diào)速器控制所述的直流電機按照該接收到的螺旋槳特性曲線運行。
9.如權(quán)利要求8所述的模擬方法，其特征在于，在所述步驟1中，當(dāng)所述的上位機無法從預(yù)先存儲于該上位機內(nèi)的多組螺旋槳特性曲線中找到與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相匹配的螺旋槳特性曲線時，該上位機會根據(jù)預(yù)先存儲于該上位機內(nèi)、 與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相接近的螺旋槳特性曲線，生成與直流電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速、所選擇的螺旋槳模式和工況相對應(yīng)的螺旋槳特性曲線。
10.如權(quán)利要求8所述的模擬方法，其特征在于，在所述的步驟2中，PLC控制器根據(jù)從上位機接收到的螺旋槳特性曲線、用戶對螺旋槳模式的輸入信息和用戶對工況的輸入信息，判斷直流電機所處的工作象限，根據(jù)直流電機所處的象限分別控制第二直流調(diào)速器對直流電機的勵磁電流進行調(diào)節(jié)，控制第一直流調(diào)速器控制直流電機的電樞電壓和電流，使直流電機按照該接收到的螺旋槳特性曲線運行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于四象限運行的螺旋槳模擬裝置，包括上位機、PLC控制器、直流電機、可調(diào)節(jié)直流電機電樞電壓和電樞電流的第一直流調(diào)速器、可調(diào)節(jié)直流電機勵磁電流的第二直流調(diào)速器、用于檢測該直流電機輸出扭矩的扭矩傳感器和用于檢測該直流電機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器。本發(fā)明還公開了一種螺旋槳模擬裝置的模擬方法。本發(fā)明能夠模擬定距槳、調(diào)距槳模式下，不同工況、不同海況時的加速航行、減速航行、緊急倒航等螺旋槳負載特性，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制靈活等優(yōu)點。
文檔編號H02P7/06GK102420557SQ20111044742
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者周曉潔, 王麗杰, 王濤, 蘇曉明, 趙同賓, 邱愛華 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所