[发明专利]主帆自动控制装置及最大船速跟踪和自学习控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及现代三角帆船帆的自动控制领域，尤其涉及使用最大船速跟踪和自学习方法的主帆自动控制装置。

背景技术

帆船作为绿色、时尚的绅士运动，受到了越来越多人的喜爱，但帆船的操作特别是帆的操作需要技巧和经验。由于每艘船的结构和性能不同，不同类型的船、或者同一条船采用不同的帆都会对船舶的速度性能产生影响，要准确绘出每一条船的风舷角-风速-速度曲线图是不容易的，因为能对帆船速度产生影响的因素太多了。通常情况下，实现帆船不同航行状态下帆的控制是一件很复杂的事情，人工控制帆主要是通过观察帆正面和背面的飘带飞扬状态，根据经验和技巧来调整帆的收和松。航向、风向稍有改变甚至收紧和放松斜拉绳或者换一种帆都会改变帆的迎风状态，从而使最优帆角产生偏移，缭手需要频繁地调整帆的位置才能保持帆船的最佳速度，如果长途航行的话是很消耗体力的。

现有关于帆的自动控制方法总体可以分为两种，一种是驾驶员使用机械装置间接控制帆，装置接收驾驶员控制指令执行收帆动作或张帆动作。另一种是根据检测到的风向、风速等数据，自动控制到程序已经设定好的帆角。中安消技术有限公司提出的“一种风帆控制机构、控制方法及帆船”的发明方案中自动控帆是第一种模式。上海珐伊玻璃钢船艇有限公司提出的“一种龙骨帆船的自动控帆系统”的发明方案中自动控帆是第二种模式。这两种模式的不足之处有：一是控帆所依据数据只有风舷角或风速，没有考虑到船舶的倾斜等其它数据。二是没有最佳船速检测系统，不能完全发挥出帆的性能而产生最高的速度。三是系统没有自我学习和更新功能，系统设置好的控制程序不能很好的适应更多的环境和帆船变化。

发明内容

本发明设计使用一种使用最大船速跟踪和自学习方法的主帆控制装置，能够产生更接近于富有经验的船员操纵出来的速度，使用本发明装置的帆船会有更好的速度表现。本发明的主要目的在于能够更好的实现主帆的控制、减轻帆船驾驶体力劳动强度。为实现上述目标，使帆船能自动在不同的风向、风速、倾斜状态和航向中获取最大的风力，并具有系统的终身学习能力，本发明的技术方案通过以下几个方面予以阐述：

一、为使本发明的方法和装置更容易理解，本发明相关的概念及定义如下：

1.视风向与船首线的夹角为风舷角，记为Qw，右舷受风，风舷角为正数；左舷受风，风舷角为负数。

2.主帆横杆与船首向反方向的角度称为帆角，记为θ，帆在右舷时帆角为正，帆在左舷时帆角为负。

3.MST，最大船速跟踪(Maximum Speed Tracking)。

4.控帆数据表，控制帆船帆的数据表，列出了和帆的角度有关的数据。表中有风舷角、风速、横倾角、纵倾角、航速和帆角六种类型的数据。初始值只给出了风舷角和帆角的对应数据，风速、横倾角、纵倾角和航速的数据通过自学习获得。该表初始值中风舷角和帆角的对应关系是根据下面3个特殊状态得到的，其他数据线性内插：

1)顶风-近风(风舷角为0°—±45°，约90°的禁航区，帆船在此范围内无法航行)，主帆收紧(帆角为0°)；

2)正横风(风舷角为90°和-90°)，主帆放出一半(帆角为-45°和45°)

3)顺风(风舷角为180°或-180°)，主帆完全放出(帆角为-90°或90°)。

表1控帆数据表