基于FOC算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法及系统

基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及共轴反桨涵道装置技术领域，特别是基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法及系统。


背景技术：

2.目前，小型无人气垫船采用共轴反桨涵道装置，传统的共轴反桨涵道装置中螺旋正桨和螺旋反桨的相互转动会产生反扭，即使螺旋正桨和螺旋反桨处于相同转速，但由于涵道管的存在，流经螺旋正桨和螺旋反桨的气体流速不同，造成螺旋正桨和螺旋反桨产生的反扭大小不同，进而使整个共轴反桨涵道装置的扭矩不能相互抵消，造成气垫船机体自转。


技术实现要素：

3.针对上述缺陷，本发明提出了基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法及系统，其目的在于解决传统的共轴反桨涵道装置由于涵道管的存在，流经螺旋正桨和螺旋反桨的气体流速不同，造成螺旋正桨和螺旋反桨产生的反扭大小不同，进而使整个共轴反桨涵道装置的扭矩不能相互抵消，造成气垫船机体自转的问题。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，包括以下步骤：
6.步骤s1：采集一级气室和二级气室的气压，以及获取气垫船的控制器的输入功率；
7.步骤s2：根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率；
8.步骤s3：获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值；
9.步骤s4：根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩；
10.步骤s5：根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度；
11.步骤s6：将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；
12.步骤s7：根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率；
13.步骤s8：根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。
14.优选地，在步骤s2中，一级电机的输出功率的计算公式如下：
[0015][0016]
其中，p1为一级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
前
为标准大气压强；u为气垫船的控制器的输入功率；
[0017]
二级电机的输出功率的计算公式如下：
[0018][0019]
其中，p2为二级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
后
为二级气室的气压；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0020]
优选地，在步骤s8中，一级电机的总功率的计算公式如下：
[0021]
p1'＝αo+p1[0022]
其中，p1'为一级电机的总功率；p1为一级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率；
[0023]
二级电机的总功率的计算公式如下：
[0024]
p2'＝-αo+p2[0025]
其中，p2'为二级电机的总功率；p2为二级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率。
[0026]
优选地，在步骤s8中，当二级电机处于高扭矩低转速模式时，计算二级电机高扭矩时的瞬间功率，具体计算公式如下：
[0027]
p
瞬
＝(q
后-q
中
)+p
瞬0
×u[0028]
其中，p
瞬
为二级电机高扭矩时的瞬间功率；q
后
为二级气室的气压；q
中
为一级气室的气压；p
瞬0
为二级电机高扭矩时的瞬间功率基准值；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0029]
本技术的另一方面提供了基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，所述系统包括：
[0030]
采集模块，用于采集一级气室和二级气室的气压；
[0031]
第一获取模块，用于获取气垫船的控制器的输入功率；
[0032]
第一计算模块，用于根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率；
[0033]
第二获取模块，用于获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值；
[0034]
第三获取模块，用于根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩；
[0035]
第四获取模块，用于根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度；
[0036]
第二计算模块，用于将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；
[0037]
第三计算模块，用于根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率；
[0038]
第四计算模块，用于根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。
[0039]
优选地，在第一计算模块中，一级电机的输出功率的计算公式如下：
[0040][0041]
其中，p1为一级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
前
为标准大气压强；u为气垫船的控制器的输入功率；
[0042]
二级电机的输出功率的计算公式如下：
[0043][0044]
其中，p2为二级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
后
为二级气室的气压；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0045]
优选地，在第四计算模块中，一级电机的总功率的计算公式如下：
[0046]
p1'＝αo+p1[0047]
其中，p1'为一级电机的总功率；p1为一级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率；
[0048]
二级电机的总功率的计算公式如下：
[0049]
p2'＝-αo+p2[0050]
其中，p2'为二级电机的总功率；p2为二级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率。
[0051]
优选地，所述第四计算模块包括计算子模块，所述计算子模块用于当二级电机处于高扭矩低转速模式时，计算二级电机高扭矩时的瞬间功率，具体计算公式如下：
[0052]
p
瞬
＝(q
后-q
中
)+p
瞬0
×u[0053]
其中，p
瞬
为二级电机高扭矩时的瞬间功率；q
后
为二级气室的气压；q
中
为一级气室的气压；p
瞬0
为二级电机高扭矩时的瞬间功率基准值；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0054]
本技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0055]
本方案中通过foc电机驱动算法实现一级电机处于高转速模式，二级电机处于高扭矩低转速模式，使螺旋正桨和螺旋反桨产生的反扭大小相同，进而使共轴反桨涵道装置的扭矩相互抵消，避免气垫船发生自转，能够更稳定地控制气垫船的航向角。
附图说明
[0056]
图1是共轴反桨涵道装置的结构示意图；
[0057]
图2是本发明中其中一种实施例的结构示意图；
[0058]
图3是基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法步骤流程图。
[0059]
其中，1、一级电机；2、二级电机；3、螺旋正桨；4、螺旋反桨；5、连接件；6、固定座；7、涵道管；
具体实施方式
[0060]
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0061]
基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，包括以下步骤：
[0062]
步骤s1：采集一级气室和二级气室的气压，以及获取气垫船的控制器的输入功率；
[0063]
步骤s2：根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率；
[0064]
步骤s3：获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值；
[0065]
步骤s4：根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩；
[0066]
步骤s5：根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度；
[0067]
步骤s6：将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；
[0068]
步骤s7：根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率；
[0069]
步骤s8：根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。
[0070]
本方案的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，应用于共轴反桨涵道装置，如图2所示，共轴反桨涵道装置安装在涵道管7的内部，涵道管7安装于气垫船的内部。如图1所示，共轴反桨涵道装置包括一级电机1、二级电机2、螺旋正桨3、螺旋反桨4、连接件5和两个固定座6；两个所述固定座6分别安装于所述连接件5的上端和下端，所述一级电机1和所述二级电机2分别安装于各自所述固定座6，所述螺旋反桨4安装于所述一级电机1的驱动端，所述螺旋正桨3安装于所述二级电机2的驱动端；所述连接件5的内部安装有气压感应器(图中未标出)，所述一级电机1、所述二级电机2和所述气压感应器均与气垫船的控制器电连接，所述一级电机1和所述二级电机2之间形成的空间为一级气室，所述气压感应器可以采集一级气室的气压。本方案中通过向气垫充气可形成气垫船，气垫内的气室为二级气室，气垫内部设置有气压感应器，所述气压感应器可以采集二级气室的气压。本方案中所述一级电机1和所述二级电机2的底部均安装有霍尔传感器(图中未标出)，两个所述霍尔传感器能够采集所述一级电机1和所述二级电机2的转速。
[0071]
本方案的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，如图3所示，第一步是采集一级气室和二级气室的气压，以及获取气垫船的控制器的输入功率，具体地，通过各自气压感应器实时检测一级气室和二级气室的气压。第二步是根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率，具体地，计算一级电机和二级电机的输出功率有利于后续计算一级电机和二级电机的总功率。第三步是获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值，本实施例中，通过一级电机和二级电机的驱动电路中的电流采样来获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值。第四步是根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，具体地，由于螺旋正桨和螺旋反桨产生的扭矩是无法直接测得，可通过获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值来间接测得扭矩。第五步是根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度，本实施例中，通过螺旋正桨和螺旋反桨产生的扭矩来带动气垫船机体自转，进而能够调整气垫船的航向角度，并通过安装在气垫船的陀螺仪来获取气垫船的航向角度。第六步是将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值，本实施例中，首先设置一个预设航向角度，然后根据气垫船的陀螺仪来实时获取气垫船的航向角度，再将两者做差值运算，得到误差值，该误差值为气垫船需要调整的航向角度。进一步说明，将误差值输入pid控制器，通过处理后得到的输出值能够达到气垫船的航向角度控制的目的。本实施例中，以顺时针方向为正方向，当气垫船机体需朝顺时针转动时，误差值为正数，输出值也为正数；当气垫船机体需朝逆时针方向旋转时，误差值为负数，输出值也为负数。第七步是根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率，本实施例中，航向角度调整部分的功率具
体是将pid控制器的输出值乘以一个可调的pid参数得到的，通过调整pid参数即可实现合适的响应。第八步是根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式，具体地，由于在气垫船应用中气流通常只会自上而下的流动，此时涵道管中气流先经螺旋反桨加速，故进入螺旋正桨的气流初速较前者的大，此时通过使一级电机处于高转速模式，二级电机处于高扭矩低转速模式，进一步说明，在一级电机和二级电机的总功率相同的情况下，高转速模式较高扭矩模式转速较快，而高扭矩模式是在实现高扭矩的时候转速会相较于高转速模式较低，两者的一个周期的等效功率是相同的。使螺旋正桨和螺旋反桨产生的反扭大小相同，进而使共轴反桨涵道装置的扭矩相互抵消，避免气垫船发生自转，使气垫船的航向角更稳定。
[0072]
优选的，在步骤s2中，一级电机的输出功率的计算公式如下：
[0073][0074]
其中，p1为一级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
前
为标准大气压强；u为气垫船的控制器的输入功率；
[0075]
二级电机的输出功率的计算公式如下：
[0076][0077]
其中，p2为二级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
后
为二级气室的气压；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0078]
本实施例中，设气垫内的二级气室的气压为q
后
，一级电机和二级电机之间的一级气室的气压为q
中
，一级电机前的气压(一般为标准大气压强)为q
前
，螺旋反桨产生的风压为q1，螺旋正桨产生的风压为q2；因气垫内已有一定气压q
后
，此时一级气室和二级气室处于平衡状态时大致满足q
中
+q2＝q
后
的关系，故二级电机采取高扭矩模式向气垫内压气，以提高进气量，使气垫内q
后
提高；而对于一级电机，因二级电机的存在，一级气室的气压q
中
较小，故可知q1不必太大，即对一级电机的扭矩要求不大，且为了二级电机能获得更大的进气量，故一级电机采用低扭矩高转速模式。
[0079]
一级电机处于高速低扭模式时，输出电压幅值较小，在一个周期上分布较为均匀，在较低扭矩下做功较多，故实现低扭高速；二级电机处于高扭低速模式时，一个周期内一小段时间电压幅值较大(即瞬时扭矩大)，而该周期内的其他时间电压幅值较小，这样同一个周期做功大小不变，但扭矩增大转速减小，故实现高扭低速。
[0080]
优选的，在步骤s8中，一级电机的总功率的计算公式如下：
[0081]
p1'＝αo+p1[0082]
其中，p1'为一级电机的总功率；p1为一级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率；
[0083]
二级电机的总功率的计算公式如下：
[0084]
p2'＝-αo+p2[0085]
其中，p2'为二级电机的总功率；p2为二级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分
的功率。
[0086]
本实施例中，一级电机驱动螺旋反桨逆时针旋转，二级电机驱动螺旋正桨顺时针旋转，因此，螺旋反桨和螺旋正桨产生的反扭方向相反。本方案通过调整pid控制器的参数，从而调整一级电机和二级电机的总功率，进而调整螺旋反桨和螺旋正桨的转速。通过使螺旋反桨和螺旋正桨的转速相同，使螺旋反桨和螺旋正桨产生的反扭大小相同，进而使共轴反桨涵道装置的扭矩相互抵消，避免气垫船发生自转。
[0087]
优选的，在步骤s8中，当二级电机处于高扭矩低转速模式时，计算二级电机高扭矩时的瞬间功率，具体计算公式如下：
[0088]
p
瞬
＝(q
后-q
中
)+p
瞬0
×u[0089]
其中，p
瞬
为二级电机高扭矩时的瞬间功率；q
后
为二级气室的气压；q
中
为一级气室的气压；p
瞬0
为二级电机高扭矩时的瞬间功率基准值；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0090]
有益效果：本实施例中，由于二级电机处于高扭低速模式，在此过程中，一个周期内有一小段时间的电压幅值较大，使得产生的瞬间功率也较大，转速也较快，扭矩也较大。通过控制二级电机高扭矩时的瞬间功率，进而能够控制螺旋正桨的扭矩。
[0091]
本技术的另一方面提供了基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，所述系统包括：
[0092]
采集模块，用于采集一级气室和二级气室的气压；
[0093]
第一获取模块，用于获取气垫船的控制器的输入功率；
[0094]
第一计算模块，用于根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率；
[0095]
第二获取模块，用于获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值；
[0096]
第三获取模块，用于根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩；
[0097]
第四获取模块，用于根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度；
[0098]
第二计算模块，用于将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；
[0099]
第三计算模块，用于根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率；
[0100]
第四计算模块，用于根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。
[0101]
本方案的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，通过采集模块、第一获取模块、第一计算模块、第二获取模块、第三获取模块、第四获取模块、第二计算模块、第三计算模块和第四计算模块的相互配合，使一级电机处于高转速模式，二级电机处于高扭矩低转速模式，使螺旋正桨和螺旋反桨产生的反扭大小相同，进而使共轴反桨涵道装置的扭矩相互抵消，避免气垫船发生自转，能够更稳定地控制气垫船的航向角。
[0102]
优选的，在第一计算模块中，一级电机的输出功率的计算公式如下：
[0103][0104]
其中，p1为一级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
前
为标准大气压强；u为气
垫船的控制器的输入功率；
[0105]
二级电机的输出功率的计算公式如下：
[0106][0107]
其中，p2为二级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
后
为二级气室的气压；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0108]
本实施例中，一级电机处于高速低扭模式时，输出电压幅值较小，在一个周期上分布较为均匀，在较低扭矩下做功较多，故实现低扭高速；二级电机处于高扭低速模式时，一个周期内一小段时间电压幅值较大(即瞬时扭矩大)，而该周期内的其他时间电压幅值较小，这样同一个周期做功大小不变，但扭矩增大转速减小，故实现高扭低速。
[0109]
优选的，在第四计算模块中，一级电机的总功率的计算公式如下：
[0110]
p1'＝αo+p1[0111]
其中，p1'为一级电机的总功率；p1为一级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率；
[0112]
二级电机的总功率的计算公式如下：
[0113]
p2'＝-αo+p2[0114]
其中，p2'为二级电机的总功率；p2为二级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率。
[0115]
本实施例中，一级电机驱动螺旋反桨逆时针旋转，二级电机驱动螺旋正桨顺时针旋转，因此，螺旋反桨和螺旋正桨产生的反扭方向相反。本方案通过调整pid控制器的参数，从而调整一级电机和二级电机的总功率，进而调整螺旋反桨和螺旋正桨的转速。通过使螺旋反桨和螺旋正桨的转速相同，使螺旋反桨和螺旋正桨产生的反扭大小相同，进而使共轴反桨涵道装置的扭矩相互抵消，避免气垫船发生自转。
[0116]
优选的，所述第四计算模块包括计算子模块，所述计算子模块用于当二级电机处于高扭矩低转速模式时，计算二级电机高扭矩时的瞬间功率，具体计算公式如下：
[0117]
p
瞬
＝(q
后-q
中
)+p
瞬0
×u[0118]
其中，p
瞬
为二级电机高扭矩时的瞬间功率；q
后
为二级气室的气压；q
中
为一级气室的气压；p
瞬0
为二级电机高扭矩时的瞬间功率基准值；u为气垫船的控制器的输入功率。
[0119]
本实施例中，由于二级电机处于高扭低速模式，在此过程中，一个周期内有一小段时间的电压幅值较大，使得产生的瞬间功率也较大，转速也较快，扭矩也较大。通过控制二级电机高扭矩时的瞬间功率，进而能够控制螺旋正桨的扭矩。
[0120]
此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0121]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1：采集一级气室和二级气室的气压，以及获取气垫船的控制器的输入功率；步骤s2：根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率；步骤s3：获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值；步骤s4：根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩；步骤s5：根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度；步骤s6：将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；步骤s7：根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率；步骤s8：根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。2.根据权利要求1所述的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，其特征在于：在步骤s2中，一级电机的输出功率的计算公式如下：其中，p1为一级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
前
为标准大气压强；u为气垫船的控制器的输入功率；二级电机的输出功率的计算公式如下：其中，p2为二级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
后
为二级气室的气压；u为气垫船的控制器的输入功率。3.根据权利要求1所述的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，其特征在于：在步骤s8中，一级电机的总功率的计算公式如下：p1'＝αo+p1其中，p1'为一级电机的总功率；p1为一级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率；二级电机的总功率的计算公式如下：p2'＝-αo+p2其中，p2'为二级电机的总功率；p2为二级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率。4.根据权利要求1所述的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，其特征在于：在步骤s8中，当二级电机处于高扭矩低转速模式时，计算二级电机高扭矩时的瞬间功率，具体计算公式如下：p
瞬
＝(q
后-q
中
)+p
瞬0
×
u其中，p
瞬
为二级电机高扭矩时的瞬间功率；q
后
为二级气室的气压；q
中
为一级气室的气
压；p
瞬0
为二级电机高扭矩时的瞬间功率基准值；u为气垫船的控制器的输入功率。5.基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，其特征在于：使用如权利要求1-4任意一项所述基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法，所述系统包括：采集模块，用于采集一级气室和二级气室的气压；第一获取模块，用于获取气垫船的控制器的输入功率；第一计算模块，用于根据一级气室的气压、二级气室的气压和气垫船的控制器的输入功率，分别计算一级电机和二级电机的输出功率；第二获取模块，用于获取一级电机和二级电机的驱动电流数据值；第三获取模块，用于根据一级电机和二级电机的驱动电流数据值，获取螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩；第四获取模块，用于根据螺旋正桨和螺旋反桨的扭矩，获取气垫船的航向角度；第二计算模块，用于将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；第三计算模块，用于根据误差值，计算得到航向角度调整部分的功率；第四计算模块，用于根据一级电机的输出功率、二级电机的输出功率和航向角度调整部分的功率，计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。6.根据权利要求5所述的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，其特征在于：在第一计算模块中，一级电机的输出功率的计算公式如下：其中，p1为一级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
前
为标准大气压强；u为气垫船的控制器的输入功率；二级电机的输出功率的计算公式如下：其中，p2为二级电机的输出功率；q
中
为一级气室的气压；q
后
为二级气室的气压；u为气垫船的控制器的输入功率。7.根据权利要求5所述的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，其特征在于：在第四计算模块中，一级电机的总功率的计算公式如下：p1'＝αo+p1其中，p1'为一级电机的总功率；p1为一级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率；二级电机的总功率的计算公式如下：p2'＝-αo+p2其中，p2'为二级电机的总功率；p2为二级电机的输出功率；αo为航向角度调整部分的功率。8.根据权利要求5所述的基于foc算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制系统，其特征在于：所述第四计算模块包括计算子模块，所述计算子模块用于当二级电机处于高扭矩低
转速模式时，计算二级电机高扭矩时的瞬间功率，具体计算公式如下：p
瞬
＝(q
后-q
中
)+p
瞬0
×
u其中，p
瞬
为二级电机高扭矩时的瞬间功率；q
后
为二级气室的气压；q
中
为一级气室的气压；p
瞬0
为二级电机高扭矩时的瞬间功率基准值；u为气垫船的控制器的输入功率。

技术总结
本发明公开了基于FOC算法的变速变矩共轴反桨涵道装置控制方法及系统，该方法包括采集一级气室和二级气室的气压，及获取气垫船的控制器的输入功率；计算一级电机和二级电机的输出功率；获取气垫船的航向角度；将气垫船的航向角度与预设航向角度作差值运算，得到误差值；计算得到航向角度调整部分的功率；计算得到一级电机和二级电机的总功率，以控制一级电机处于高转速模式，及二级电机处于高扭矩低转速模式。本发明解决了传统的共轴反桨涵道装置由于涵道管的存在，流经螺旋正桨和螺旋反桨的气体流速不同，造成螺旋正桨和螺旋反桨产生的反扭大小不同，进而使整个共轴反桨涵道装置的扭矩不能相互抵消，造成气垫船机体自转的问题。题。题。


技术研发人员：罗锐帆 肖博文 李家翔 徐雍 饶红霞
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/7/25