无极控制水翼倾斜角的方法及装置
阅读说明：本技术 无极控制水翼倾斜角的方法及装置 (Method and device for stepless control of hydrofoil inclination angle ) 是由 梁效宁 任波 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了无极控制水翼倾斜角的方法及装置,其特征在于,通过电动推杆结合姿态传感器,在无极控制电动推杆的上升/下降过程中实时调节水翼机构相对于水面倾斜角角度；此外,由于姿态传感器的检测精度达到0.01度,在无极控制电动推杆的上升/下降过程中实时调节水翼机构相对于水面倾斜角角度的精度能够达到0.08度。因此,本发明具有控制精度高、稳定可靠、运行安全且能够在水翼船运行过程中调节倾斜角的有益效果。(The invention discloses a method and a device for steplessly controlling the inclination angle of a hydrofoil, which are characterized in that the inclination angle of a hydrofoil mechanism relative to the water surface is adjusted in real time in the ascending/descending process of a steplessly controlled electric push rod by combining an electric push rod with an attitude sensor; in addition, the detection precision of the attitude sensor reaches 0.01 degree, and the precision of adjusting the inclination angle of the hydrofoil mechanism relative to the water surface in real time in the ascending/descending process of the stepless control electric push rod can reach 0.08 degree. Therefore, the invention has the advantages of high control precision, stability, reliability, safe operation and capability of adjusting the inclination angle in the operation process of the hydrofoil ship.)
技术领域
本发明属于机械装置控制技术以及水翼船领域，涉及无极控制水翼倾斜角的方法及装置。
背景技术
控制水翼船的水翼包括水翼的收缩与伸展以及水翼与水平面的倾斜角的控制。无论是控制水翼的收缩与伸展，还是控制水翼与水平面的倾斜角，最终目的都是实现整个船身的重心的调节，进而实现船体高速运行时候的升力调节。
水翼船领域中，控制水翼相对于水平面的倾斜角尤为重要，且控制角度的精度要求比较高。现有技术中，为了控制水翼与水平面的倾斜角而采用的技术方案中，主要问题在于：1.精度不高；2.大多水翼船只能在静止状态下调节水翼相对于水平面的倾斜角。
题为《一种控制水翼倾斜角的方法及装置》、申请号为2021103405692的发明申请所提供的技术方案中，公开了利用电动推杆来控制水翼与水平面的倾斜角，该技术方案虽然具有价格低廉、稳定可靠、运行安全的有益效果，但精度不高，且位移传感器只能分档调节，故调节水翼机构相对于水面倾斜角角度的精度只能达到0.2度，并且只能在水翼船静止状态下调节倾斜角，即，无法在水翼船运行过程中调节水翼相对于水平面的倾斜角。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了无极控制水翼倾斜角的方法，通过电动推杆结合姿态传感器，在无极控制电动推杆的上升/下降过程中实时调节水翼机构相对于水面倾斜角角度；此外，由于姿态传感器的检测精度达到0.01度，故，在无极控制电动推杆的上升/下降过程中实时调节水翼机构相对于水面倾斜角角度的精度能够达到0.08度。因此，本发明具有控制精度高、稳定可靠、运行安全且能够在水翼船运行过程中调节倾斜角的有益效果。
本发明申请包括以下步骤：
S100：水翼机构的无极控制装置上电并初始化系统时钟及各个接口，其中，
所述无极控制装置包括装置板载系统、电动推杆及姿态传感器，所述接口包括RS485接口、电动推杆控制接口、姿态传感器通信接口及外部存储器接口；
S200：装置板载系统读取外部存储器所存储的水翼机构相对于水面的倾斜角角度,所述无极控制装置向船载航电系统反馈水翼机构相对于水面倾斜角角度，用以向船载航电系统输入当前水翼机构状态；
S300：装置板载系统接收船载航电系统发送的启动指令，激活所述无极控制装置中水翼机构相对于水面倾斜角的无极控制功能；
S400：装置板载系统接收船载航电系统发送的控制信息，解析控制信息所包含的待调节的倾斜角角度并向船载航电系统发送收到控制信息后的应答信息；
S500：判断当前倾斜角角度与待调节的倾斜角角度是否相等，如果是，结束流程，否则，执行步骤S600；
S600：判断水翼机构当前相对于水面倾斜角角度是否大于待调节的倾斜角角度，如果是，执行步骤S700，否则，执行步骤S800；
S700：姿态传感器以姿态采集周期为间隔，检测电动推杆反行程的下降时水翼机构相对于水面的倾斜角角度，并将当前倾斜角角度反馈至装置板载系统，装置板载系统计算水翼机构调节到待调节的倾斜角角度时所对应的电动推杆反行程的下降位移，其中，电动推杆反行程的下降用以减小水翼机构相对于水面的倾斜角角度，执行步骤S900；
S800：姿态传感器以姿态采集周期为间隔，检测电动推杆正行程的上升时水翼机构相对于水面的倾斜角角度，并将当前倾斜角角度反馈至装置板载系统，装置板载系统计算水翼机构调节到待调节的倾斜角角度时所对应的电动推杆正行程的上升位移，其中，电动推杆正行程的上升用以增大水翼机构相对于水面的倾斜角角度；
S900：当装置板载系统控制电动推杆正/反行程的升/降位移使得水翼机构相对于水面的倾斜角角度等于待调节的倾斜角角度时，电动推杆停止升/降，向外部存储器保存当前的倾斜角角度并通过RS485接口向船载航电系统反馈当前的倾斜角角度。
优选地，所述电动推杆包括第一电动推杆及第二电动推杆，其中，所述第一电动推杆及第二电动推杆各自控制左/右水翼机构相对于水面的倾斜角角度。
优选地，所述姿态传感器电连接至装置板载系统并与装置板载系统双向通信。
优选地，第一电动推杆、第二电动推杆电连接至装置板载系统并受装置板载系统控制。
优选地，所述姿态采集周期为10毫秒。
无极控制水翼倾斜角的装置，其特征在于，包括：船载航电系统、装置板载系统、第一电动推杆、第二电动推杆、姿态传感器及RS485接口，其中，
船载航电系统：采用RS485接口与装置板载系统电连接，用于解算船体姿态、控制船载动力装置及控制水翼角度；
装置板载系统：采用RS485接口与船载航电系统电连接，用以接收船载航电系统发送的数据并反馈信息至船载航电系统、计算并各自控制第一电动推杆、第二电动推杆各自正/反行程的升/降位移，将当前升/降位移储存至装置板载系统的外部存储器；
RS485接口：其为耦接装置，用以船载航电系统及装置板载系统之间的电连接，并实现船载航电系统与装置板载系统之间的数据通信；
第一电动推杆、第二电动推杆：与装置板载系统各自电连接，用以调节第一电动推杆、第二电动推杆各自正/反行程的升/降位移并用以各自控制左/右水翼机构相对于水面的倾斜角角度；
姿态传感器：与装置板载系统电连接，用以检测水翼机构相对于水面的倾斜角角度，并将当前倾斜角角度反馈至装置板载系统。
本发明具有控制精度高、稳定可靠、运行安全且能够在水翼船运行过程中调节倾斜角的有益效果。
附图说明
图1为本发明所提供的方法的总流程图；
图2为本发明所提供的无极控制水翼倾斜角的装置的功能框图。
具体实施方式
图1示出了本发明所提供的方法的总流程图。如图1所示，本发明的方法包括以下步骤：
S100：水翼机构的无极控制装置上电并初始化系统时钟及各个接口，其中，
无极控制装置包括装置板载系统、电动推杆及姿态传感器，接口包括RS485接口、电动推杆控制接口、姿态传感器通信接口及外部存储器接口。具体地，
电动推杆包括第一电动推杆及第二电动推杆，其中，第一电动推杆及第二电动推杆各自控制左/右水翼机构相对于水面的倾斜角角度。
姿态传感器电连接至装置板载系统并与装置板载系统双向通信。
第一电动推杆、第二电动推杆电连接至装置板载系统并受装置板载系统控制。
S200：装置板载系统读取外部存储器所存储的水翼机构相对于水面的倾斜角角度,无极控制装置向船载航电系统反馈水翼机构相对于水面倾斜角角度，用以向船载航电系统输入当前水翼机构状态；
S300：装置板载系统接收船载航电系统发送的启动指令，激活无极控制装置中水翼机构相对于水面倾斜角的无极控制功能；
S400：装置板载系统接收船载航电系统发送的控制信息，解析控制信息所包含的待调节的倾斜角角度并向船载航电系统发送收到控制信息后的应答信息；
S500：判断当前倾斜角角度与待调节的倾斜角角度是否相等，如果是，结束流程，否则，执行步骤S600；
S600：判断水翼机构当前相对于水面倾斜角角度是否大于待调节的倾斜角角度，如果是，执行步骤S700，否则，执行步骤S800；
S700：姿态传感器以10毫秒的姿态采集周期为间隔，检测电动推杆反行程的下降时水翼机构相对于水面的倾斜角角度，并将当前倾斜角角度反馈至装置板载系统，装置板载系统计算水翼机构调节到待调节的倾斜角角度时所对应的电动推杆反行程的下降位移，其中，电动推杆反行程的下降用以减小水翼机构相对于水面的倾斜角角度，执行步骤S900；
例如，水翼机构当前相对于水面倾斜角角度为5度，待调节的倾斜角角度3度，则水翼机构需要调节并减小2度。装置板载系统计算水翼机构调节到待调节的倾斜角角度时所对应的电动推杆反行程的下降位移，并控制电动推杆反行程的下降，姿态传感器以10毫秒的姿态采集周期为间隔，检测电动推杆反行程的下降时水翼机构相对于水面的倾斜角角度。当检测到水翼机构相对于水面的倾斜角角度等于3度时，电动推杆停止反行程的下降。
S800：姿态传感器以10毫秒的姿态采集周期为间隔，检测电动推杆正行程的上升时水翼机构相对于水面的倾斜角角度，并将当前倾斜角角度反馈至装置板载系统，装置板载系统计算水翼机构调节到待调节的倾斜角角度时所对应的电动推杆正行程的上升位移，其中，电动推杆正行程的上升用以增大水翼机构相对于水面的倾斜角角度；
例如，水翼机构当前相对于水面倾斜角角度为1.3度，待调节的倾斜角角度4.1度，则水翼机构需要调节并增大2.8度。装置板载系统计算水翼机构调节到待调节的倾斜角角度时所对应的电动推杆正行程的上升位移，并控制电动推杆正行程的上升，姿态传感器以10毫秒的姿态采集周期为间隔，检测电动推杆正行程的上升时水翼机构相对于水面的倾斜角角度。当检测到水翼机构相对于水面的倾斜角角度等于4.1度时，电动推杆停止正行程的上升。
S900：当装置板载系统控制电动推杆正/反行程的升/降位移使得水翼机构相对于水面的倾斜角角度等于待调节的倾斜角角度时，电动推杆停止升/降，向外部存储器保存当前的倾斜角角度并通过RS485接口向船载航电系统反馈当前的倾斜角角度。
本申请还提供了无极控制水翼倾斜角的装置。图2示出了本发明所提供的无极控制水翼倾斜角的装置的功能框图。考虑到该功能框图的简洁，图2未示接口部分，如图2所示，
无极控制水翼倾斜角的装置100，包括：船载航电系统101、装置板载系统102、第一电动推杆103、第二电动推杆104、姿态传感器105及RS485接口(未示出)，其中，
船载航电系统101：采用RS485接口(未示出)与装置板载系统102电连接，用于解算船体姿态、控制船载动力装置及控制水翼角度；
装置板载系统102：采用RS485接口(未示出)与船载航电系统101电连接，用以接收船载航电系统101发送的数据并反馈信息至船载航电系统101、计算并各自控制第一电动推杆103、第二电动推杆104各自正/反行程的升/降位移，将当前升/降位移储存至装置板载系统102的外部存储器；
RS485接口(未示出)：其为耦接装置，用以船载航电系统101及装置板载系统102之间的电连接，并实现船载航电系统101与装置板载系统102之间的数据通信；
第一电动推杆103、第二电动推杆104：与装置板载系统102各自电连接，用以调节第一电动推杆103、第二电动推杆104各自正/反行程的升/降位移并用以各自控制左/右水翼机构相对于水面的倾斜角角度；
姿态传感器105：与装置板载系统102电连接，用以检测水翼机构相对于水面的倾斜角角度，并将当前倾斜角角度反馈至装置板载系统102。
应当理解的是，本发明不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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