专利名称：全回转拖轮舵桨控制系统的制作方法
技术领域：
本发明与全回转双桨港作拖轮有关，特别是一种全回转双桨港作拖轮舵桨控制系统。
副控电路板则主要用于舵桨装置随动操舵功能发生故障时，对舵桨的应急操纵。驾驶人员通过应急操舵手柄发送来的操舵信号直接转换成控制舵桨方向电磁阀信号动作的电信号，简单地控制舵桨的左转和右转。
但是该舵桨控制系统还存在下列问题1.舵桨控制系统参数往往要根据拖船的使用环境条件作相应的调整和变换，但是原设计没有考虑控制参数现场使用过程中的变换问题，一般都要将中央控制单元拆回特定的场所才能变更，变更后再装回船上，极为不便；2.输出驱动舵桨运动的信号脉宽调节范围较小，35％～65％，造成控制装置对液压元件的控制不够平稳；3.操控手柄不能旋转太快，否则会引起炮舵的现象。
本发明的技术解决方案如下一种全回转拖轮舵浆控制系统，包含中央处理单元、操舵手柄、手柄旋转信号发送电位器、手柄旋转编码器、信号放大器、信号功率放大器、比例电磁阀、液压元件、舵桨、舵桨反馈信号发送电位器、反馈旋转编码器，其特征在于所述的中央处理单元采用AMD80188ES嵌入式微处理器，该微处理器的输入端设有RS485接口，该微处理器与储存控制软件的闪存(FLASHROM)和储存控制参数的电可擦可编程只读存储器(EEPROM)相联，该微处理器的两个串行端口设有一RS232接口。
所述的微处理器在电路板断电的情况下，将一外部计算机的信号线插入RS232接口，即可通过安装在外部计算机内的参数设置程序来修改EEPROM中的控制软件参数不灵敏区1°～3°加速区 5°～15°脉冲频率47～20000HZ
最大脉宽比5～95％最小脉宽比5～95％所述微处理器对舵桨途径的控制方法包括下列步骤①将上一次采样手柄角度Sp和上次采样舵桨角度fp存储在微处理器中；②将本次采样手柄角度Sc和本次采样舵桨角度fu存储在微处理器中；③该微处理器对上述数据进行比较当Sc-fu＞0时， mc＝1，否则mc＝0；当Sc-fp＞0时， mp＝1，否则mp＝0；当|Sc-cp|＜180°时，ms＝1，否则ms＝0；当|fu-fp|＜180°时，mf＝1，否则mf＝0；当mc＝mp时 mz＝1，否则mz＝0。
仅当mz·ms＝1或mz·mf＝1时，控制舵桨按最短线路运动，直至舵桨运动到手柄位置为止。
所述微处理器的处理软件中，设置了数据传送的循环冗余纠错技术。
本发明的技术效果本发明全回转拖轮舵桨控制系统由于采用AMD80188ES嵌入式微处理器，并编制了控制软件，使控制电流脉宽输出可以在5％～95％范围方便的调节，舵桨旋转180°的时间可以在5～15秒范围内根据要求整定，舵效精度可达±1°与原进口控制系统相比较，本发明系统对液压元件的控制更加平稳，而且还有以下优点1.全回转拖轮舵桨控制系统完全符合卡米瓦US1401/2700型舵桨的控制要求，保证舵桨装置在舵桨生产商设计的工况下正常安全工作；2.使用本发明控制系统，无须对现有的卡米瓦舵桨控制线路和接口作任何改动，使用十分方便。
3.舵桨控制板预留有多个跳线开关，可为不同船舶采用本发明系统提供灵活的安装调试方式。
4.可方便地对嵌入式微处理器的控制软件进行设置、修改，以调节舵桨的工作参数。
5.采用了循环冗余纠错技术，从数据传送的各个环节保证了系统的可靠度。
图2是本发明舵桨控制系统控制流程图。
图3是本发明手柄和舵桨相对运动示意图之一。
图4是本发明手柄和舵桨相对运动示意图之二。
图5是本发明手柄和舵桨相对运动示意图之三。
利用AMD80188ES嵌入式微处理器1较好的特性，并通过总线与EEPROM 13和FlashROM 14通信，一般情况下，该微处理器1是通过RS485接口5获得手柄信号和舵桨信号并根据EEPROM中的控制软件参数运行FlashROM 14中的控制软件。
当该微处理器断电的情况下，通过RS232接口与外部计算机16通信时，可以利用安装在外部计算机16内的参数设置程序来修改EEPROM13中的控制软件参数。
不灵敏区1°～3°加速区 5°～15°驱动信号脉冲频率47～20000HZ最大脉宽比 5～95％最小脉宽比 5～95％一个可在360°范围内旋转的操舵手柄2，通过手柄旋转信号发送电位器3与手柄旋转编码器4(安装在驾控台上)生成手柄角度数字信号，一个可在360°范围内旋转的舵桨10通过舵桨反馈信号发送电位器11连接着反馈旋转编码器12(安装在舵机侧)生成舵桨角度数字信号。
两个旋转编码器4、12不停地发出手柄角度数字信号和舵桨角度数字信号，通过RS485接口5输入AMD80188ES嵌入式微处理器1，该微处理器1运行FlashROM 14中的控制软件，输出控制信号，经三极管6电流放大，场效应管7功率放大输出操舵电信号，通过比例电磁阀8驱动压元件9运动，带动舵桨10旋转，舵桨10运动后的实际瞬间角度位置由舵桨反馈信号发送电位器11发出，经反馈旋转编码器12形成舵桨角度数字信号，通过RS485再进入微处理器1进行处理。
当手柄角度信号和舵桨位置角度信号有偏差时，且差值处于“不灵敏区”时，计算机产生最小数值脉宽比输出，当差值大于“加速区”时，脉宽比逐渐增大，直至“最大脉宽比”，经电流放大和功率放大后，驱动比例电磁阀8。比例电磁阀8控制液压马达9旋转，并带动舵桨10一起运动。当手柄角度位置和舵桨角度位置一致时，输出为零，舵桨停止运动。
上述过程的流程图，如图2所示。
由图2中可见，当系统发生突然故障，该微处理器1的软件将引导系统进入故障处理和报警过程。
在本发明的控制软件中还设置了舵桨的“途径转换”处理程序，使本发明舵桨控制系统可有效地解决“跑舵”的问题。
图3表示了手柄和舵桨不在同一角度，舵桨将随箭头所指方向运动，直至到达手柄所在位置停止。
为了说明“途径转换”技术。现规定下面符号的定义sc(0°～360°)本次采样手柄角度sp(0°～360°)上一次采样手柄角度fu(0°～360°)本次采样舵桨角度fp(0°～360°)上一次采样舵桨角度mc＝1当Sc-fu＞0时，(否则mc＝0)
mp＝1当Sc-fp＞0时， (否则mp＝0)ms＝1当|Sc-cp|＜180°时，(否则ms＝0)mf＝1当|fu-fp|＜180°时，(否则mf＝0)mz＝1当mc＝mp时，(否则mz＝0)仅当mz·ms＝1或mz·mf＝1时，控制舵桨按最短路线运动直至舵桨运动到手柄位置为止。这就是途径技术的核心内容。
当操舵人员操纵手柄，计算机开始对由“手柄旋转编码器”将操舵手柄位置转换成相应的操舵数字信号进行采样。当手柄按图4方向沿实线箭头方向运动时，现有技术由于采样时间存在着一定的间隔，当手柄快速旋转时，会发生计算机在手柄旋转过程中来不及采样的现象，直到手柄到了P点位置，计算机才采样。如果没有“途径转换”技术，舵桨将按虚线箭头方向运动，直至P点停止。这样就发生了错误。现在采用“途径转换”技术后，首先判别mz*ms是否等于1，如等于1，舵桨将会按实线箭头方向运动，直至P点停止。
图5为舵桨按实线箭头f方向运动，到了手柄位置，没有停下来，舵桨会继续按虚线箭头方向运动，其结果导致舵桨会多转一圈。舵桨没有停下来的原因可能是计算机来不及采样，或是液压驱动部件惯性所致。现在“途径转换”首先判别mz*mf是否等于1，舵桨就会按实线箭头方向运动，直至手柄位置停止。“途径转换”技术能有效地防止“跑舵现象”。
本发明舵桨控制系统制作过程中，还注意选用元器件的使用温度范围的控制，使本发明装置可以在夏季我国温度较高的港口的拖轮中使用。在数据传送中还采用了循环冗余CRC纠错技术，使该控制系统内数据通信错误降到最低，避免了由此造成的操舵故障。
综上所述，并经本发明的试用证明，本发明舵桨控制系统具有下列优点1.全回转拖轮舵桨控制系统完全符合卡米瓦US1401/2700型舵桨的控制要求，而且控制电流脉宽可在5％～95％的大范围内调节，舵效精度高达±1°，舵桨旋转180°的时间为5～15秒，舵桨控制运动平稳。
2.使用本发明控制系统，无须对现有的卡米瓦舵桨控制线路和接口作任何改动，使用十分方便。
3.舵桨控制板预留了多个跳线开关，可为不同船舶采用本发明系统提供了灵活的安装调试方式。
4.可方便地对嵌入式微处理器的控制软件进行设置、修改，以调节舵桨的工作参数。
5.采用CRC纠错技术，从数据传送的各个环节保证了系统的可靠度。
权利要求
1.一种全回转拖轮舵浆控制系统，包含中央处理单元(1)、操舵手柄(2)、手柄旋转信号发送电位器(3)、手柄旋转编码器(4)、信号放大器(6)信号功率放大器(7)、比例电磁阀(8)、液压元件(9)、舵桨(10)、舵桨反馈信号发送电位器(11)、反馈旋转编码器(12)，其特征在于所述的中央处理单元(1)采用AMD80188ES嵌入式微处理器，该微处理器(1)的输入端设有RS485接口(5)，该微处理器(1)与储存控制软件的闪存(14)和储存控制参数的电可擦可编程只读存储器(13)相联，该微处理器(1)的两个串行端口设有一RS232接口(15)。
2.根据权利要求1所述的舵桨控制系统，其特征在于所述的微处理器(1)在电路板断电的情况下，将一外部计算机(16)的信号线插入RS232接口(15)，即可通过安装在外部计算机内的参数设置程序来修改EEPROM(13)中的控制软件参数不灵敏区 1°～3°加速区5°～15°脉冲频率 47～20000HZ最大脉宽比5～95％最小脉宽比5～95％
3.根据权利要求1所述的舵桨控制系统，其特征在于所述微处理器对舵桨途径的控制方法即途径转换技术包括下列步骤①将上一次采样手柄角度Sp和上次采样舵桨角度fp存储在微处理器(1)中；②将本次采样手柄角度Sc和本次采样舵桨角度fu存储在微处理器(1)中；③该微处理器(1)对上述数据进行比较当Sc-fu＞0时， mc＝1，否则mc＝0；当Sc-fp＞0时， mp＝1，否则mp＝0；当|Sc-cp|＜180°时，ms＝1，否则ms＝0；当|fu-fp|＜180°时，mf＝1，否则mf＝0；当mc＝mp时 mz＝1，否则mz＝0。仅当mz·ms＝1或mz·mf＝1时，控制舵桨按最短线路运动，直至舵桨运动到手柄位置为止。
4.根据权利要求1或2或3所述的舵桨控制系统，其特征在于所述的微处理器的处理软件中，设置了数据传送的循环冗余纠错技术。
全文摘要
一种全回转拖轮舵浆控制系统，包含中央处理单元、操舵手柄、手柄旋转信号发送电位器、手柄旋转编码器、信号放大器信号功率放大器、比例电磁阀、液压元件、舵桨、舵桨反馈信号发送电位器、反馈旋转编码器，其特点是所述的中央处理单元采用AMD80188ES嵌入式微处理器，该微处理器的输入端设有RS485接口，该微处理器与储存控制软件的闪存和储存控制参数的电可擦可编程只读存储器相联，该微处理器的两个串行端口设有一RS232接口。本发明完全符合卡米瓦舵桨的控制要求，而且具有控制电流脉宽调节范围大、舵效精度高、舵桨控制平稳、使用方便等优点。
文档编号B63H25/06GK1433927SQ0311570
公开日2003年8月6日 申请日期2003年3月7日 优先权日2003年3月7日
发明者戴强, 赵惠忠, 潘宏波 申请人:上海港复兴船务公司