[发明专利]一种船用太阳能风帆的智能控制器及控制方法

说明书

本发明提供了一种船用太阳能风帆的智能控制器及控制方法，用于控制风帆攻角与风帆姿态。该智能控制器包括太阳能风帆、滚珠丝杆及配套齿轮齿条、直流减速电机、电机驱动器，风帆起落装置，其特征是还包括正交编码器、行程开关、风速仪、风向仪、辐照传感器、GPRS模块、GPS模块以及微控制装置。本发明通过实时采集水上环境参数，查询当地气象历史数据，由智能控制器中的算法决策输出至电机驱动器，驱动直流减速电机控制风帆收放和帆角调节。本发明可以实现风能和太阳能的高效最优利用。

技术领域

本发明涉及控制器领域，具体地说是涉及一种船用太阳能风帆的控制器。

背景技术

我国在风力助航方面研究起步较晚。在20世纪80年代，我国逐步展开对风力助航技术的研究并取得了不错的成绩。1985年至2010年，武汉水运工程学院(现武汉理工大学)、708研究所和711研究所、中远集团都先后研制出风帆助推船。但自此以后，国内对风力助航的研究几乎处于停滞状态，截至目前，仍鲜有相关报道。

已有技术中，中国船舶及海洋工程设计研究院等科研院所、高校都在积极开展或关于太阳能船舶的研制，并建造出了一些太阳能动力小艇。但大多不能实现对风、光的准确预测和感知，无法通过控制太阳能风帆的姿态，最大限度地利用风能和光能。目前关于太阳能风帆助航控制器的研究设计较少，且主要集中于风帆最佳攻角控制方案的研究，基本没有在太阳能风帆姿态控制领域较为深入的研究，本发明将太阳能与风能的助航效果相结合，以较为简单的控制方式实现对两种能量的高效利用。具有一定的经济潜力与节能价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种船用太阳能风帆的智能控制器及控制方法，以克服上述现有技术对风能和光能利用能力不足的缺陷。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的太阳能风帆的智能控制器，包括太阳能风帆、滚珠丝杆及配套齿轮齿条、直流减速电机、电机驱动器，风帆起落装置，其特征是还包括正交编码器、行程开关、风速仪、风向仪、辐照传感器、GPRS模块、GPS模块以及微控制装置，其中：齿轮与太阳能风帆通过螺纹加固并与齿条啮合；齿条固定在丝杆电机式滑轨上，滑轨的一端与第一直流减速电机相连，通过此电机驱动与太阳能风帆相连的滚珠丝杆，使齿条移动进而控制太阳能风帆帆翼的风向追踪；滚动圆筒内部通过焊接结构与滑轨相连，滚动圆筒外部与船顶凹槽接触并与第二直流减速电机相连，驱动风帆所在圆筒，增加运动件运行时的稳定性，最后由固定装置固定；正交编码器和行程开关与微控制装置的输入IO端口电连接；微控制装置的输出IO端口与电机驱动器电连接；GPRS模块、GPS模块、风速仪、风向仪和辐照传感器，其输入输出端分别与微控制装置的双向IO口电连接。

所述微控制装置包括CPU、模数转换器、定时器和串口模块，其中：模数转换器的输入端与辐照传感器电连接；定时器输入端与正交编码器输出端电连接；串口模块与风速仪和风向仪电连接，CPU通过导线与上述模块相连。

所述的固定装置由圆管座和滑动卡环组成，其中：圆管座位于圆管下部，支撑圆管；滑动卡环内嵌在圆管座内，与圆管配合，减少圆管转动时的摩擦并进一步限制圆管，使其只能做轴向的旋转运动。

本发明提供的船用太阳能风帆的智能控制方法，包含以下步骤：

S1，计算分析时间到，开始运行本函数；

S2，通过GPRS模块请求风速、风向预报值；

S3，对整个计算分析周期内实测的风速、风向、辐照功率进行滤波处理；采取的滤波方式是算数平均滤波法，通过周期内采样的若干个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算其数据的算数平均值，以消除噪声带来的误差；

S4，通过预报数据计算第一未来风能，通过实测数据计算第二未来风能、当前角风能、未来光能；