[发明专利]一种应用于小型高速船的随动减摇装置

权利要求书

1.一种应用于小型高速船的随动减摇装置，其特征在于，该装置包括：智能控制系统、船舶数据采集系统、船舶横向动量提供系统；其中：

船舶数据采集系统，用于实时采集船舶在航行过程中的船舶航行参数和船舶姿态参数；船舶航行参数包括位置、航速、加速度、航向角、航向角速度、航向角加速度、螺旋桨转速、舵角；船舶姿态参数包括船舶横倾角；并将采集到的船舶航行参数和船舶姿态参数发送给智能控制系统；

智能控制系统，用于分析处理船舶数据采集系统采集到的船舶航行参数和船舶姿态参数，实时计算当前状态船舶横向动量提供系统提供动量的方案，转换成相应信号传递给船舶横向动量提供系统；同时根据数据采集系统采集的船舶在航行过程中的六自由度上的实时运动参数，与目标船舶姿态进行对比，进行船舶姿态的修正；

船舶横向动量提供系统，用于根据智能控制系统传递的信号实时调控动量轮转速与搭载动量轮平台转角，并将调节后的动量轮转速与搭载动量轮平台转角反馈到智能控制系统；

船舶数据采集系统包括：惯性测量模块IMU、定位系统、六轴姿态传感器、转速传感器、角度传感器；其中：

通过惯性测量模块和姿态传感器测量减摇船运动时在六个自由度上的任意时刻速度与加速度，从而获得船舶实时的运动姿态，六自由度包括横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇和垂荡；通过定位系统测量船舶实时的航迹；通过转速传感器测量横向动量提供系统中动量轮的转速；通过角度传感器测量横向动量提供系统中搭载动量轮平台转角；

船舶横向动量提供系统包括：基于陀螺仪原理的动量轮、步进电机、直流电机、搭载动量轮平台；每个步进电机单独控制其电脉冲信号和步距角；其中搭载动量轮平台下设立一个步进电机，该步进电机通过智能控制系统直接控制，通过控制该步进电机的电脉冲信号实现对搭载动量轮平台转角的控制；直流电机产生不同转速，作用在动量轮上以提供在不同情况下不同的复原力矩，使减摇增稳船的姿态与预先设定的目标姿态保持一致。

2.根据权利要求1所述的应用于小型高速船的随动减摇装置，其特征在于，随动减摇装置通过船舶减摇算法实现减摇的具体方法为：

(a)计算随动减摇装置不工作时船舶的横倾角Φ_b：

设船体自身转动惯量为I_ΦΦ，附加质量转动惯量为J_ΦΦ，船体自身阻尼恢复系数为c₁、c₃，船舶自身恢复力矩系数为k₁、k₃、k₅，船舶排水量为D，船舶的横稳性高为h，波浪模型方程为α(t)，建立船舶数学模型：

将上式转换为一节线性方程的初值问题，并在时间t上进行微分求解，得到减摇陀螺不工作时船舶横倾角Φ_b的标准偏差为S(Φ_b)为：

式中，N为在时间t内的取样次数，为船舶横倾角φ_b的平均值；

(b)当船舶横倾角Φ_b大于程序设定的阈值Φ_a时，随动减摇装置开始工作，设此时的船舶横倾角为Φ_c；此时减摇陀螺与船舶的联合数学模型为：

式中：为船舶横倾角，β为减摇陀螺进动角，R为转子半径，L为减摇陀螺厚度，ω为转子转速，M为减摇陀螺进动方向的阻尼系数；

将上式转换为一节线性方程的初值问题，并在时间t上进行微分求解，得到减摇陀螺不工作时船舶横倾角Φ_c的标准偏差为S(Φ_c)为：

式中，N为在时间t内的取样次数，为船舶横倾角φ_c的平均值。

3.根据权利要求1所述的应用于小型高速船的随动减摇装置，其特征在于，智能控制系统包括船舶减摇控制系统；船舶减摇控制系统通过处理船舶数据采集系统收集到的信息，经由船舶减摇算法分析处理后，判断是否需要减摇；若需要减摇，则将计算的动量轮转速与平台倾角参数发送至船舶横向动量提供系统。

4.根据权利要求1所述的应用于小型高速船的随动减摇装置，其特征在于，智能控制系统包括安全控制系统；安全控制系统实时监测船舶状态，当船舶姿态出现异常时，及时将数据反馈给驾驶员，并向驾驶员做出安全警告。