一种船舶动力切换控制系统及动力切换方法与流程

本发明涉及船舶动力切换，具体为一种船舶动力切换控制系统及动力切换方法。

背景技术：

1、船舶的动力模式常见的有基本动力模式和混合动力模式，基本动力模式通常由柴油机、燃气轮机和蒸汽轮机等作为动力源，直接驱动船舶，混合动力模式则是结合两种或两种以上不同类型的动力源，能根据不同的航行条件和需求，优化能源的使用效率，现有的船舶动力切换控制系统在执行切换操作时，难以维持船舶的航行按照计划航行执行，严重影响航行的效率和安全性。

2、现有的船舶动力切换控制系统存在的缺陷是：

3、1、专利文件cn108622362b，公开了一种基于切换系统理论的混合动力船舶能量管理方法，主要考虑如何完成对混合动力船舶不同能源的管理问题，而没有考虑如何实现维持船舶的位置和航向，以提高航行的效率和安全性；

4、2、专利文件cn105035296b，公开了混合动力电力推进船舶能源系统工作模式自动切换装置及方法，主要考虑如何有效发挥动力电池的工作性能，提高工作寿命，而没有考虑如何为动力模式切换提供全方位的数据支持；

5、3、专利文件cn110532613b，公开了船舶动力系统运行工况识别方法及装置，主要考虑如何有效地对船舶动力系统的不同运行工况进行分类，而没有考虑如何保证船舶始终处于最佳航行状态，以缩小实际航行与计划航行的差距；

6、4、专利文件cn114633640b，公开了轨道车辆的动力切换系统、方法及轨道车辆，主要考虑如何选择供电模式，避免发生安全事故，而没有考虑如何平滑的实现动力模式切换。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种船舶动力切换控制系统及动力切换方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船舶动力切换控制系统，包括监控系统、动力定位系统、故障诊断系统、动态协调控制系统和切换反馈系统，所述监控系统用于实时检测船舶的能源使用情况、航行情况和负荷数据，所述动力定位系统负责比较设定信息与实际位置的差异，并自动调整推力分配情况，所述故障诊断系统根据监控系统检测到的实时数据诊断在船舶运行中是否存在故障，并给出决策建议，所述动态协调控制协调包括执行器，所述动态协调控制系统根据故障诊断给出的决策建议利用逻辑门限算法控制动力模式进行动态切换操作，所述切换反馈系统负责对切换后动力模式效果进行评估和记录；

3、所述动力定位系统包括设定输入、船舶定位、航向测定和自动分配，所述设定输入用于设定航行的出发地、目的地及计划航行时间，所述船舶定位使用gps定位装置和声呐定位技术检测当前船舶的确切位置，所述航向测定利用航向传感器检测当前的实际航向，所述自动分配负责根据测量出的信息与设定信息的差异计算出产生的合力，并通过pid控制方法自动调整各推进器的推力分配。

4、优选的，所述动力模式包括混合模式、发动机模式、辅助充电模式和全电动模式；

5、混合模式：发动机与备用电池同时为船舶提供动力；

6、发动机模式：发动机单独为船舶提供动力；

7、辅助充电模式：发动机在为船舶航行提供动力的同时，也为备用电池充电；

8、全电动模式：备用电池独立为船舶提供动力。

9、优选的，所述监控系统包括能源监控、航行监控、负荷监控和数据处理，所述能源监控使用电池内阻测量仪对备用电池的使用情况进行检测，所述航行监控使用传感器实时检测船舶的航行参数和航行环境，所述负荷监控负责在船舶航行时，对不同的负荷进行实时检测，所述数据处理负责对能源监控、航行监控和负荷监控检测到的数据进行清洗处理，纠正数据中存在的错误。

10、优选的，所述传感器包括速度传感器、姿态检测仪、气象观测仪、水流传感器和温盐深测量仪。

11、优选的，所述负荷监控使用电流传感器和电压传感器实时检测船舶所有负荷的使用情况。

12、优选的，所述故障诊断系统包括状态评估、故障诊断和决策建议，所述状态评估根据监控系统和动力定位系统检测到的实时数据对当前动力模式、发动机、备用电池和负荷使用情况进行评估，所述故障诊断根据状态评估结果判断船舶航行中是否发生设备故障，并确定故障的原因和位置，所述决策建议根据故障诊断的结果做出相应的决策建议。

13、优选的，所述切换反馈系统包括状态反馈单元和管理记录单元，所述状态反馈单元根据切换后监控系统和动力定位系统检测到的数据对切换后的效果进行评估，判断切换后的船舶的航行效果是否达到预期效果，并将评估结果传输到管理记录单元，所述管理记录单元用于记录所有监测数据和切换信息，并生成报告。

14、优选的，步骤s1、首先输入出发地、目的地和计划航行时间，然后启动船舶开始航行；

15、步骤s2、监控系统通过传感器和装置对备用电池的剩余量、航行情况和负荷运行情况进行实时监测，同时动力定位系统实时监测船舶的当前位置，并与设定信息对比，根据差异自动调节推进器的推力分配；

16、步骤s3、状态评估根据监测到的实时数据和信息评估发电机、备用电池和负荷的健康状况，并判断当前动力模式；

17、步骤s4、当识别出发电机、备用电池和负荷存在故障时，进一步诊断故障出现的位置和原因，并针对故障情况做出相应的决策建议；

18、步骤s5、动态协调控制系统根据决策建议执行动态切换操作；

19、步骤s6、切换完毕后，监控系统和动力定位系统继续实时收集数据和信息，状态反馈单元根据实时数据判断是否达到预期切换效果，并将所有实时数据、故障信息及切换信息记录成报告。

20、优选的，在步骤s2中，还包括如下步骤：

21、步骤s21、将测量出的当前位置信息与设定的信息进行差异分析，并利用pid控制方法自动调整各个推进器的推力分配。

22、优选的，步骤s4中，还包括如下步骤：

23、步骤s41、当发电机出现故障，备用电池和负荷正常时，决策建议请求将动力模式切换至全电动模式；

24、步骤s42、当备用电池出现故障，发电机和负荷正常时，决策建议请求将动力模式切换至发动机模式；

25、步骤s43、当负荷出现故障，发电机和备用电池正常时，将结合航行环境和航行位置的具体情况给出最佳决策建议。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1、本发明将设定的航行出发地、目的地及计划航行时间输入至动力定位系统中，作为位置参考，然后gps定位装置和声呐定位技术测定船舶的当前准确位置，并通过航向传感器对船舶的航行方向进行测量，帮助判断船舶是否按照预设航线和计划行程行驶，一旦发现测量到的信息与设定的船位和船向之间存在差异，将所产生的合力计算出来，为了抵消该合力，自动分配将利用pid控制方法对船舶的各个推力器进行推力分配，以确保船舶能够保持在海上指定的位置和预定的航行轨迹，通过控制船舶的推动力分配来维持船舶的位置和航向，进而提高航行效率和安全性。

28、2、本发明通过监控备用电池的剩余电量、船舶航行的运行参数和航行环境参数以及航行中各种负荷消耗能耗情况，使用电池内阻测量仪对备用电池的剩余电量进行监测，速度传感器实时对船舶的航行速度进行监测，姿态检测仪用于监测船舶的稳定性和姿态，气象观测仪用于收集船舶周围的海洋环境数据，主要有风速、风向、波浪高度和气温，水流传感器用于监测海水流动的速度和方向，避免船舶发生碰撞，保证船舶不偏离航线，通过电流传感器和电压传感器对各个负荷的电流和电压进行监测，判断各个负荷的能源消耗情况，也有助于后续判断负荷是否发生故障，将监测到的各种数据利用大数据处理技术对数据进行清洗和纠正，确保数据的正确，为后续动力模式切换提供数据支持。

29、3、本发明根据监控系统和动力定位系统监测到的实时数据和信息评估出当前的动力模式、发动机和备用电池的使用情况以及各个负荷的能源消耗情况和健康状态，防止出现在需要切换动力模式时，发动机或备用电池无法正常使用，影响切换操作，当评估出存在异常情况时，故障诊断进一步对船舶设备进行诊断，判断故障的位置和原因，以便针对故障的具体情况和位置做出相应的决策建议，保证船舶始终处于最佳航行状态，以缩小实际航行与计划航行的差距。

30、4、本发明中动态协调控制系统根据决策建议利用逻辑门限算法平滑的切换至相应的动力模式，通过发动机的快速响应优势，可以平滑地进行动力切换，保持船舶动力系统的高效运行，帮助动力系统根据预设条件自动切换工作模式，切换后，切换反馈系统将根据切换后的实时数据对切换效果进行评估，并将数据、故障情况及切换情况记录下来，生成数据报告。