[发明专利]用于控制推进系统的方法和系统

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及用于控制诸如船舶推进系统的推进系统的方法和系统。

背景技术

诸如拖船上的那些船舶推进系统使得能够容易和迅速地响应于负载、方向、速度等的突然和差异很大的变化而操纵船舶。在一些实例中，能够通过基于所请求的发动机速度以预定关系调节推进器桨距和扭矩来提供推进控制。

然而，推进器性能和发动机性能对于给定的推进器设计大多由包括推进器桨距、转速和水中前进速度的变量决定。诸如水中前进速度的变量又可变地取决于诸如风力负载、海浪负载、拖曳负载(towing load)等的外部影响。发明人在此已认识到，这些负载的高可变性因此会使得推进控制难以在所遇到的实际工作环境的范围内维持发动机和推进器两者的有效组合使用。

具体而言，如上所述，当前可获得的推进控制通过调节产生用于维持所请求的速度的扭矩和/或功率所需的燃料量来使发动机速度与所请求的速度相匹配。然后将推进器设置作为发动机速度的函数进行调节。即使在扭矩负载变化时，也将发动机速度保持在所请求的量。由于最低燃料消耗取决于速度和负载两者，所以发动机在负载变化时保持速度可能无法以峰值效率操作。此外，由于与原动机(例如发动机、马达或其它用于推进的功率源)在整个操作范围上的最佳操作状况有关的知识的缺乏，经常使推进器扭矩不完美地与发动机速度相匹配，导致推进器效率降低并因此进一步使燃料消耗恶化，尤其是当实际操作状况与假设的平均状况相差很大时。

发明内容

提供了用于通过响应于变化的船舶操作条件而动态地重新配置推进系统设置来提高船舶推进系统的效率的方法和系统。在一个实施例中，该方法包括响应于实时船舶操作数据而独立地调节发动机设置和推进器设置的每一个。“实时”船舶操作数据指的是在普遍条件下各种船舶操作状况的实际测量值和估算值。在此，独立调节意味着发动机设置的调节不一定要求对推进器设置进行调节，且反之亦然。在另一实施例中，该方法包括响应于实时船舶操作数据而调节发动机设置和响应于实时船舶操作数据而调节推进器设置，其中在船舶操作期间独立于发动机来调节推进器。所调节的设置可至少包括发动机速度设置和推进器桨距设置。

在一个实例中，推进系统配套有可控桨距推进器。响应于操作员功率请求而实时估算船舶操作数据。所估算的数据包括普遍推进器扭矩(例如，利用安装在推进器轴上的扭力计或传感器，或者从推进器的桨距控制器的马达电流推断)、推进器桨距、发动机速度和其它船舶操作状况(例如水中前进速度)的估算值。然后利用该估算数据来更新推进器性能映射图(或性能曲线)和发动机性能映射图(或性能曲线)。然后，基于更新后的映射图的多变量优化程序使得能够确定能够提高推进器效率和/或发动机效率或总体效率的推进器桨距和发动机速度调节。由此，对发动机速度和/或推进器桨距的多于一种调节可提高发动机和/或推进器效率，或者总体效率。控制器能够基于所希望的性能特性从调节可行性的范围选择推进器桨距和发动机速度调节组合。以此方式，能够互相独立地改变推进器桨距和发动机速度设置。在一个实例中，未以1∶1的固定关系来设定推进器桨距和发动机速度。因此，对推进器桨距设置的调节可以不需要对发动机速度设置进行基本上相等和/或互补的调节，且反之亦然。在一个实例中，在加速期间，可选择能够提高发动机性能的设置，包括加快的响应时间和/或更大的燃料节省。在另一实例中，在稳态操作模式期间，可选择能够提高推进器性能的设置。

在另一实例中，推进系统配套有固定桨距推进器。在此，位于发动机与推进器中间的DC总线使发动机性能能够与推进器性能分离，并允许基于实时船舶操作数据而独立调节和优化发动机和推进器设置。在稳态操作期间，能够响应于功率请求而基于更新后的发动机效率和燃料映射图来调节发动机设置。具体而言，多变量优化程序可选择使得能够最有效地供应所请求的功率的发动机速度和扭矩设置。在加速期间，可调节发动机设置以提供更大的燃料节省。然后可基于发动机设置来调节诸如推进器速度的推进器设置。

在又另一实例中，推进系统配套有混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统包括交流发电机和连接到推进器轴上的电动机。在此，交流发电机-马达组合用于分离发动机和推进器性能，例如发动机和推进器负载，以使得可以对它们独立地进行调节和优化。具体而言，通过在加载操作期间从蓄电池接收电力并在低负载期间利用发动机对蓄电池充电，能够调节发动机扭矩。该优化程序还能基于包括推进器扭矩的实时估算值的实时船舶操作数据来选择最佳马达-发电机与推进器功率分割。