關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；無人艇；超聲波測航速；滑?？刂?/span>

1 引言

在能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化的時(shí)代，許多國家都已推出了燃油汽車禁售時(shí)間表，傳統(tǒng)的船舶行業(yè)也將會(huì)發(fā)生變革，船舶將逐步向電力驅(qū)動(dòng)、智能化、無人化方向發(fā)展^[1]。電力驅(qū)動(dòng)無人艇作為未來船舶發(fā)展的先驅(qū)者，已是近些年來的研究熱點(diǎn)^[2]。同時(shí)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，變頻調(diào)速技術(shù)已成為最理想、最有前途的電機(jī)調(diào)速方式^[3]。在無人艇控制中，采用變頻調(diào)速技術(shù)驅(qū)動(dòng)無人艇主機(jī)，使得無人艇驅(qū)動(dòng)具有更好的控制性能和更高的效率與靈活性。

本文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在無人艇驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用，采用永磁同步電機(jī)作為無人艇動(dòng)力主機(jī)，使用變頻調(diào)速技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)無人艇航速的控制。同時(shí)在本文的航速控制器中，還設(shè)計(jì)一種新型的利用超聲波收發(fā)器測量船舶對(duì)水速度的裝置，該裝置可用于湖邊或水流較為緩慢的河水或者海域，在這些環(huán)境中所可以忽略水流速度，超聲波測速裝置所測到的對(duì)水速度即可視為無人艇的航速。在無人艇驅(qū)動(dòng)控制中，首先利用超聲波測速裝置檢測無人艇的實(shí)時(shí)航速，并將航速輸入無人艇航速滑?？刂破?，輸出無人艇所需推力，再根據(jù)推力與主機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系公式得到所需電機(jī)轉(zhuǎn)速，最后使用變頻調(diào)速技術(shù)驅(qū)動(dòng)無人艇主機(jī)，完成無人艇驅(qū)動(dòng)控制。無人艇驅(qū)動(dòng)控制框圖如圖1所示。

2 無人艇航速檢測

無人艇航速的檢測是實(shí)現(xiàn)對(duì)無人艇航速控制的關(guān)鍵前提，現(xiàn)有的船速測量使用的多普勒船速儀，GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)等測量的是對(duì)地速度^[4]，而且多適用于大型船艦。隨著市場需求的發(fā)展，越來越多的小型無人船舶（船長3m以內(nèi)）開始出現(xiàn)，上述測量方式測量誤差較大，對(duì)于小型無人船舶并不適用，采用GPS/北斗等導(dǎo)航衛(wèi)星方式測量對(duì)水速度對(duì)于小型船舶誤差較大，采用差分GPS等高精度設(shè)備可以滿足小型無人船舶的測量使用需求^[5]，但是極大地限制了小型無人船舶的使用環(huán)境，抬高了小型無人艇的成本，不利于小型無人艇的推廣應(yīng)用。

本文提出一種新型的船速測量方法，可以測量無人艇等船舶的對(duì)水速度，采用兩組超聲波收發(fā)器組合而成測速裝置，本裝置成本低，適用范圍廣，對(duì)船舶尺寸沒有要求，且具有實(shí)時(shí)性好，測量精度高抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 超聲波測速裝置原理

超聲波測速裝置由于其使用方便，測量精度高，測量速度快，使用成本低等優(yōu)勢在流量監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，超聲波測速采用速度差原理進(jìn)行流體流速檢測。超聲波測速裝置使用一對(duì)超聲波收發(fā)裝置進(jìn)行測速，安裝方式按照使用方式分為V字形安裝方式，平行安裝方式等，每個(gè)超聲波測量裝置均有發(fā)送和接收超聲波的功能，在測量時(shí)間內(nèi)，每對(duì)超聲波收發(fā)器組輪流發(fā)送定向超聲波，測量超聲波在收發(fā)器內(nèi)之間傳播所需要的時(shí)間。根據(jù)速度的疊加原理，超聲波在流體中傳播的速度為超聲波的聲速加上超聲波傳播方向流體的速度，由于每對(duì)超聲波收發(fā)器安裝的位置不同，因此超聲波在收發(fā)器之間傳播的時(shí)間也不同（流體非靜止?fàn)顟B(tài)下），根據(jù)超聲波傳播速度的時(shí)間差即可計(jì)算出流體速度.