一种纯电动双动力船舶的控制系统及其方法与流程

1.本发明涉及电动船舶技术领域，特别涉及一种纯电动双动力船舶的控制系统及其方法。


背景技术：

2.船舶作为一种在水上移动的交通工具，使用非常广泛。现有技术中，船舶多使用柴油或机油作为燃料，提供动力，这样行驶速度很快、也很方便，但是会在燃烧时向空气中排放大量的废气，造成环境污染。
3.纯电动船舶作为一种新型的海洋或河道运输工具，适合中、短途航行，具有节省能源，安静且不会污染环境等优点。目前纯电动船舶行业正逐步发展，在未来将会得到广泛的应用。
4.其中，纯电动双动力船舶配备有两套电机动力系统，通过两根操作杆分别控制两台电机共同配合驱动船舶直线航行及转向等，因此，对驾驶操作要求较高。


技术实现要素：

5.本技术通过提供一种纯电动双动力船舶的控制系统及其方法，解决了现有技术中纯电动双动力船舶操作困难的问题，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
6.本技术实施例提供了一种纯电动双动力船舶的控制系统，包括：
7.采集模块，所述采集模块包括操作杆采集单元，所述操作杆采集单元用以采集操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息；
8.控制模块，所述控制模块用以获取所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息并据此输出目标转速一和目标转速二，所述控制模块包括转速控制单元，所述转速控制单元用以比对所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息，若所述操作杆一和操作杆二的档位信息相同且开度信息差值小于设定值，则将所述操作杆二的开度信息修改为所述操作杆一的开度信息；
9.执行模块，所述执行模块用以获取所述目标转速一和目标转速二并据此输出输出扭矩一和输出扭矩二控制对应电机一和电机二工作。
10.上述实施例的有益效果在于：电机一和电机二分别驱动船舶的左右桨转动，正常情况下，即操作杆一和操作杆二的档位信息不同或开度信息差值不小于设定值时，控制模块根据操作杆一的档位信息及开度信息输出目标转速一，根据操作杆二的档位信息及开度信息输出目标转速二。在平稳直线航行时，因操作杆一和操作杆二分开操作，若操作杆一和操作杆二的开度略有差值，则船舶会出现偏航现象，需驾驶员不断调整，采用该控制系统，其中转速控制单元可以去除操作误差，让船舶保持直线航行，降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
11.在上述实施例基础上，本技术可进一步改进，具体如下：
12.在本技术其中一个实施例中，所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息采
集方式如下：
13.预采集并标定所述操作杆一和操作杆二的倒挡最小电压值、倒档怠速电压值、n档电压值、前进档怠速电压值和前进挡最大电压值；
14.所述操作杆采集单元分别采集所述操作杆一和操作杆二的当前电压值，并对应与所述操作杆一和操作杆二的倒挡最小电压值、倒档怠速电压值、n档电压值、前进档怠速电压值和前进挡最大电压值比对；
15.根据比对结果判定所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息。根据当前电压位于倒挡最小电压值和n档电压值之间的百分比判定、前进挡最大电压值和n档电压值之间的百分比判定操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息；其中，倒档怠速电压值、n档电压值、前进档怠速电压值均设置有误差范围，当前电压位于误差范围内及认为处于倒档怠速、n档、前进档怠速。
16.在本技术其中一个实施例中，所述采集模块包括电机转速采集单元，所述电机转速采集单元用以采集所述电机一和电机二的当前转速，所述执行模块包括扭矩控制单元，所述扭矩控制单元用以根据所述电机一和电机二的当前转速与目标转速的差值调控输出扭矩一和输出扭矩二的变化率。根据当前转速与目标转速的差值调控输出扭矩一和输出扭矩二的变化率，逐渐将当前转速调整为目标转速，保障电机安全，提升驾乘体验。
17.在本技术其中一个实施例中，所述执行模块还包括最大扭矩限制单元，所述最大扭矩限制单元设置有最大限制扭矩，所述输出扭矩一和输出扭矩二不大于所述最大限制扭矩。最大限制扭矩为电池最大允许扭矩和电机最大允许扭矩中的小值，电池最大允许扭矩由电池最大放电电流换算而得，从而避免输出扭矩一和输出扭矩二超出电池或电机负荷，保证船舶动力系统安全。
18.在本技术其中一个实施例中，当所述电机一或电机二的目标转速小于预设怠速时，所述扭矩控制单元以所述怠速为目标转速调整所述输出扭矩一或输出扭矩二。保障怠速基本扭矩，降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
19.本技术实施例还提供了一种纯电动双动力船舶的控制方法，包括以下步骤：
20.s1：采集所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息、采集所述电机一和电机二的当前转速；
21.s2：根据所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息获得所述目标转速一和目标转速二，具体为：
22.s2.1：比对所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息，若所述操作杆一和操作杆二的档位信息相同且开度信息差值小于设定值，则将所述操作杆二的开度信息修改为所述操作杆一的开度信息，否则直接进入s2.2；
23.s2.2：根据所述操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息计算所述目标转速一和目标转速二；
24.s3：获取所述目标转速一和目标转速二并据此输出所述输出扭矩一和输出扭矩二控制对应所述电机一和电机二工作，具体为：
25.s3.1：获取所述电机一和电机二对应的所述目标转速一和目标转速二；
26.s3.2：对比所述目标转速一和目标转速二与所述预设怠速e，若所述目标转速一或目标转速二小于e，则按e为目标转速输出所述输出扭矩一或输出扭矩二控制对应所述电机
一或电机二工作，否则，执行s3.3；
27.s3.3：获取所述电机一和电机二的当前转速并分别计算所述目标转速一和目标转速二与对应所述当前转速的差值d，在所述目标转速＞0时，若d＞f1，则变化率取值为k1，若f1≥d＞g1，则变化率取值为l1，若d≤g1，则变化率取值为m1，其中，f1、g1为预设值且f1＞g1＞0，k1、l1、m1为预设值且k1＞l1＞m1＞0；在所述目标转速＜0时，若d＜f2，则变化率取值为k2，若f2≤d＜g2，则变化率取值为l2，若d＜g，则变化率取值为m2，其中，f2、g2为预设值且f2＜g2＜0，k2、l2、m2为预设值且k2＜l2＜m2＜0；
28.s3.4：在当前所述输出扭矩一和输出扭矩二的基础上加上所述变化率对应的变化值作为下一周期的输出扭矩一和输出扭矩二，若下一周期的所述输出扭矩一或输出扭矩二对应的目标转速小于所述目标转速一或目标转速二，则以所述输出扭矩一或输出扭矩二控制对应电机一或电机二工作，返回步骤s3.3，若所述下一周期的输出扭矩一或输出扭矩二对应的目标转速不小于所述目标转速一或目标转速二，则以所述目标转速一或目标转速二对应的扭矩值作为所述输出扭矩一或输出扭矩二控制对应电机一和电机二工作。降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
29.在本技术其中一个实施例中，所述步骤s3.4中，所述输出扭矩一和输出扭矩二均为pid计算扭矩。建立pid运算，获取pid计算扭矩。
30.在本技术其中一个实施例中，所述步骤s3.4中，若所述输出扭矩一或输出扭矩二大于所述最大限制扭矩，则将所述输出扭矩一或输出扭矩二修改为所述最大限制扭矩。
31.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
32.1.该控制系统，直线航行时可以去除操作误差，让船舶保持直线航行，降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
33.2.该控制系统可以根据当前转速与目标转速的差值调控输出扭矩一和输出扭矩二的变化率，逐渐将当前转速调整为目标转速，保障电机安全，提升驾乘体验。
34.3.该控制方法降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
36.图1为本发明一种纯电动双动力船舶的控制系统的结构框图；
37.图2为本发明一种纯电动双动力船舶的控制方法的流程图。
具体实施方式
38.下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.本技术实施例通过提供一种纯电动双动力船舶的控制系统及其方法，解决了现有技术中纯电动双动力船舶操作困难的问题，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
42.本技术实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
43.实施例1：
44.如图1所示，一种纯电动双动力船舶的控制系统，包括采集模块、控制模块和执行模块。
45.采集模块包括操作杆采集单元和电机转速采集单元，操作杆采集单元用以采集操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息，电机转速采集单元用以采集电机一和电机二的当前转速。
46.控制模块用以获取操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息并据此输出目标转速一和目标转速二。具体的，控制模块包括转速控制单元，转速控制单元用以比对操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息，若操作杆一和操作杆二的档位信息相同且开度信息差值小于设定值，则将操作杆二的开度信息修改为操作杆一的开度信息。
47.执行模块用以获取目标转速一和目标转速二并据此输出输出扭矩一和输出扭矩二控制对应电机一和电机二工作。具体的，执行模块包括扭矩控制单元和最大扭矩限制单元，扭矩控制单元用以根据电机一和电机二的当前转速与目标转速的差值调控输出扭矩一和输出扭矩二的变化率，其中，当电机一或电机二的目标转速小于预设怠速时，扭矩控制单元以怠速值为目标转速调整输出扭矩一或输出扭矩二。最大扭矩限制单元设置有最大限制扭矩，输出扭矩一和输出扭矩二不大于最大限制扭矩，其中最大限制扭矩为电池最大允许扭矩和电机最大允许扭矩中的小值，电池最大允许扭矩由电池最大放电电流换算而得。
48.进一步的，操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息采集方式如下：
49.预采集并标定操作杆一和操作杆二的倒挡最小电压值、倒档怠速电压值、n档电压值、前进档怠速电压值和前进挡最大电压值；
50.操作杆采集单元分别采集操作杆一和操作杆二的当前电压值，并对应与操作杆一和操作杆二的倒挡最小电压值、倒档怠速电压值、n档电压值、前进档怠速电压值和前进挡最大电压值比对；
51.根据比对结果判定操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息。
52.根据当前电压位于倒挡最小电压值和n档电压值之间的百分比判定、前进挡最大电压值和n档电压值之间的百分比判定操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息；其中，倒档怠速电压值、n档电压值、前进档怠速电压值均设置有误差范围，当前电压位于误差范围内及认为处于倒档怠速、n档、前进档怠速。预先建立操作杆位置对应的目标转速数组，根据操作杆位置查表得到目标扭矩及目标转速。
53.实施例2：
54.如图2所示，一种纯电动双动力船舶的控制方法，包括以下步骤：
55.s1：实时采集操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息、实时采集电机一和电机二的当前转速；
56.s2：根据操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息获得目标转速一和目标转速
二，具体为：
57.s2.1：比对操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息，若操作杆一和操作杆二的档位信息相同且开度信息差值小于设定值，则将操作杆二的开度信息修改为操作杆一的开度信息，否则直接进入s2.2；
58.s2.2：根据操作杆一和操作杆二的档位信息及开度信息计算目标转速一和目标转速二；
59.s3：获取目标转速一和目标转速二并通过转速误差输出输出扭矩一和输出扭矩二控制对应电机一和电机二工作，具体为：
60.s3.1：获取电机一和电机二对应的目标转速一和目标转速二；
61.s3.2：对比目标转速一和目标转速二与预设怠速e，若目标转速一或目标转速二小于e，则按e为目标转速输出输出扭矩一或输出扭矩二控制对应电机一或电机二工作，否则，执行s3.3；
62.s3.3：获取电机一和电机二的当前转速并分别计算目标转速一和目标转速二与对应当前转速的差值d，在目标转速＞0时，若d＞f1，则变化率取值为k1，若f1≥d＞g1，则变化率取值为l1，若d≤g1，则变化率取值为m1，其中，f1、g1为预设值且f1＞g1＞0，k1、l1、m1为预设值且k1＞l1＞m1＞0；在目标转速＜0时，若d＜f2，则变化率取值为k2，若f2≤d＜g2，则变化率取值为l2，若d＜g，则变化率取值为m2，其中，f2、g2为预设值且f2＜g2＜0，k2、l2、m2为预设值且k2＜l2＜m2＜0；
63.s3.4：在当前输出扭矩一和输出扭矩二的基础上加上变化率对应的变化值作为下一周期的输出扭矩一和输出扭矩二，若下一周期的输出扭矩一或输出扭矩二对应的目标转速小于目标转速一或目标转速二，则以输出扭矩一或输出扭矩二控制对应电机一或电机二工作，返回步骤s3.3，若下一周期的输出扭矩一或输出扭矩二对应的目标转速不小于目标转速一或目标转速二，则以目标转速一或目标转速二对应的扭矩值作为输出扭矩一或输出扭矩二控制对应电机一和电机二工作。
64.进一步的，在步骤s3.4中，若输出扭矩一或输出扭矩二大于最大限制扭矩，则将输出扭矩一或输出扭矩二修改为最大限制扭矩。
65.进一步的，建立pid运算，在步骤s3.4中，输出扭矩一和输出扭矩二为pid计算扭矩。
66.上述本技术实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
67.1.该控制系统，直线航行时可以去除操作误差，让船舶保持直线航行，降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
68.2.该控制系统可以根据当前转速与目标转速的差值调控输出扭矩一和输出扭矩二的变化率，逐渐将当前转速调整为目标转速，保障电机安全，提升驾乘体验。
69.3.该控制方法降低纯电动双动力船舶的操作难度，方便驾驶员驾驶，提升驾乘体验。
70.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。