ES2408156T3 - Procedimiento para compensar las alteraciones de una brújula magnética en una embarcación - Google Patents

Abstract

Procedimiento para compensar las alteraciones de un sensor de rumbo magnético de una embarcación, quecomprende: reducir el efecto de la interferencia del campo electromagnético del equipo eléctrico de la embarcación sobre laprecisión de una señal de rumbo procedente del sensor magnético, cambiando un uso de la señal de rumbobasándose en por lo menos un modo de función de la embarcación y una posición de un aparato de control delmovimiento de un barco mediante por lo menos uno de entre: compensar la interferencia del campo y adquirir laseñal de rumbo únicamente cuando la interferencia electromagnética es suficientemente baja para evitar unaimprecisión sustantiva de los datos de rumbo.

Description

Procedimiento para compensar las alteraciones de una brujula magnetica en una embarcacion.

5 La presente solicitud reivindica prioridad frente a la solicitud de patente provisional estadounidense 60/525.888, presentada el 1 de diciembre de 2003.

Antecedentes

10 La presente invencion se refiere al control de un barco propulsado por chorro de agua. Los barcos propulsados por chorro de agua de este tipo son conocidos y pueden oscilar en su tamafo desde pequefas embarcaciones particulares hasta botes de hasta 75 pies de longitud, o barcos con un tamafo incluso mas grande. Un barco accionado por chorro de agua se mueve a traves del agua acelerando una corriente de agua a traves de

15 una tobera, moviendo asi el barco en reaccion a la corriente acelerada de agua. La tobera puede fijarse a la parte trasera del barco y dirigirse para producir fuerzas laterales en el barco que se utilizan para dirigir el barco. El chorro de agua esta o bien en funcionamiento y bombeando agua o bien no esta en funcionamiento ni bombeando agua. Tambien pueden usarse multiples chorros de agua/toberas. La tobera en la parte trasera del barco tambien esta equipada habitualmente con un alabe de inversion que, cuando esta activado, redirige parte o todo el flujo de tobera

20 para producir una componente invertida de empuje en el barco. Un propulsor de chorro de agua tambien puede posicionarse en o cerca de la proa del barco con su eje esencialmente perpendicular al eje proa-popa del barco para producir fuerzas laterales en la proa del barco. En combinacion, el alabe de inversion de tobera trasera y el propulsor de proa pueden usarse para simultaneamente maniobrar la embarcacion en cualquier rumbo o direccion deseados.

25 El barco puede estar equipado con una palanca de mando de multiples ejes que permite al operario controlar simultaneamente el angulo de tobera, la posicion del alabe de inversion, y los propulsores de proa. El movimiento hacia delante y atras de la palanca de mando activa el alabe de inversion. El movimiento lateral de la palanca de mando activa el propulsor de proa, y el angulo de tobera se controla mediante un movimiento de giro de la palanca de mando.

30 Se considera que el estado de la tecnica mas proximo es el documento JP 57175497, que divulga un procedimiento para ajustar el mando de direccion automatico de un barco. La patente estadounidense n.D 6.234.100 concedida a Fadeley, con fecha de 22 de mayo de 2001, da a conocer un

35 Stick Control System For Waterjet Boats y la patente estadounidense n.D 6.230.642 concedida a McKenney, con fecha de 15 de mayo de 2001 da a conocer un Autopilot Based Steering and Maneuvering System For Boats. La solicitud de patente estadounidense n.D 2003/0054707 concedida a Morvillo, con fecha de 20 de marzo de 2003, da a conocer un Integral Reversing and Trim Deflector and Control Mechanism y la solicitud de patente estadounidense

n.D 2003/0079668 concedida a Morvillo, con fecha de 1 de mayo de 2003 da a conocer un Method and Apparatus for

40 Controlling A Waterjet Driven Marine Vessel. A pesar del grado de control ofrecido por estos sistemas de control de direccion y maniobra, sigue existiendo la necesidad de un sistema de control que mejore los algoritmos de control para proporcionar un sistema de control mas predecible que sea de funcionamiento mas intuitivo.

Sumario de la invención

La presente invencion incluye varias realizaciones para controlar una embarcacion. Una primera realizacion incluye adquirir un rumbo deseado de la embarcacion, adquirir un rumbo real de la embarcacion en el momento To, calcular

50 un error de rumbo comparando el rumbo deseado con el rumbo real, determinar una tasa de cambio del error de rumbo y determinar una ganancia P, ganancia I y ganancia D para su utilizacion en mantener el rumbo de la embarcacion. A continuacion, se determinan un PtermT0, ItermT0, y DtermT0 utilizando las siguientes ecuaciones:

en las que P, I y D son la ganancia P, ganancia I y ganancia D determinadas, respectivamente. A continuacion se determina un valor para Control DutT0 sumando los valores para PtermT0, ItermT0, y DtermT0 y a continuacion se determina una cantidad de desviacion para una tobera de la embarcacion, para modificar un rumbo de la embarcacion, basandose en el valor para Control DutT0. La tobera se desvia basandose en la cantidad determinada de desviacion y se reajusta To a T0+1 repitiendose las etapas hasta que el rumbo real sea igual que el rumbo deseado.

5 Una segunda realizacion para calcular un rumbo de una embarcacion incluye adquirir un rumbo de la embarcacion en un momento inicial, adquirir una velocidad de viraje de rumbo a partir de una velocidad angular del sensor de viraje de la embarcacion en un momento posterior y determinar si el rumbo adquirido se considera preciso en el momento posterior. Si el rumbo adquirido no se considera preciso, se calcula un rumbo de la embarcacion

10 afadiendo un factor para la velocidad de viraje de rumbo al rumbo adquirido y la salida de rumbo calculado para el control del rumbo de la embarcacion.

Una realizacion adicional para corregir el rumbo de una embarcacion, incluye medir una cantidad de error inducida por el efecto de al menos una alteracion en al menos uno de datos de rumbo x, y y z a partir de un sensor de rumbo,

15 adquirir al menos uno de datos de rumbo x, y y z a partir de un sensor de rumbo, determinar si la al menos una alteracion se esta produciendo, corregir los datos del rumbo al producirse una alteracion afadiendo un factor al rumbo que compensa la cantidad medida de error inducido por la alteracion y proporcionar los datos correctos del rumbo para el control del rumbo de la embarcacion.

20 Una realizacion adicional para controlar el balanceo de una embarcacion incluye determinar si un aparato de control de tobera esta descentrado para modificar una posicion de una tobera de la embarcacion y si el aparato de control de tobera esta descentrado, fijar una orden de control de tobera en una orden de aparato de control de tobera, determinar si el aparato de control de tobera se ha devuelto a una posicion central, determinar una velocidad de rumbo para la embarcacion y si el aparato de control de tobera se ha devuelto a una posicion central, fijar una orden

25 de control de tobera en un valor negativo de la velocidad de rumbo multiplicado por un factor constante predeterminado para la embarcacion basandose en datos operativos de la embarcacion.

Una realizacion adicional para controlar una embarcacion que presenta una tobera trasera para la propulsion y un propulsor de proa incluye, durante al menos uno de inicio y cese del movimiento lateral de la embarcacion,

30 establecer previamente un angulo de la tobera trasera para proporcionar una fuerza lateral que minimice una guifada del barco antes de que se produzca un error de rumbo, basandose el angulo establecido previamente en las caracteristicas operativas de la embarcacion.

Una realizacion adicional para controlar una embarcacion que presenta una tobera trasera para la propulsion y un

35 propulsor de proa incluye iniciar un movimiento lateral de la embarcacion poniendo en funcionamiento la tobera trasera mientras se retarda el funcionamiento del propulsor de proa y poniendo en funcionamiento el propulsor de proa tras un primer retardo de tiempo predeterminado para ayudar en la cantidad de movimiento lateral de la embarcacion despues de que la popa de la embarcacion haya adquirido una cantidad de movimiento lateral a partir de la tobera trasera, basandose el primer retardo de tiempo predeterminado en las caracteristicas operativas de la

40 embarcacion para minimizar la guifada de la embarcacion durante el movimiento lateral.

Una realizacion adicional para el control de una embarcacion que presenta un sensor magnetico para determinar el rumbo de la embarcacion incluye reducir el efecto de la interferencia del campo electromagnetico del equipo electrico de la embarcacion en la precision de una sefal de rumbo a partir del sensor magnetico que controla la

45 utilizacion de la sefal de rumbo basandose en al menos uno de un modo de funcion de la embarcacion y una posicion de un aparato de control del movimiento del barco mediante al menos uno de: compensar la interferencia de campo y adquirir la sefal de rumbo solo cuando la interferencia electromagnetica es lo suficientemente baja como para evitar una falta de precision sustancial de los datos del rumbo.

50 Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de flujo logico para una primera realizacion de la presente invencion;

la figura 2 es un diagrama de flujo logico para una segunda realizacion de la presente invencion;

55 la figura 3 es un diagrama de flujo logico para una tercera realizacion de la presente invencion;

la figura 4 es un diagrama de flujo logico para una cuarta realizacion de la presente invencion;

60 la figura 5 es un diagrama de flujo logico para una quinta realizacion de la presente invencion;

la figura 6 es un diagrama de flujo logico para una sexta realizacion de la presente invencion; y

la figura 7 es un diagrama de flujo logico para una septima realizacion de la presente invencion. 65

Descripción de la invención

La presente invencion incluye diversos procedimientos de control para controlar el barco propulsado por chorro de agua. Estos procedimientos pueden utilizarse individualmente o en combinacion con uno o varios de los demas procedimientos de control para controlar el barco. En la realizacion preferida, el sistema de control incluira diversos o todos los diversos procedimientos de control.

Estos procedimientos de control pueden incorporarse en el controlador que controla la activacion de la tobera, el alabe de inversion y el propulsor de proa del barco y en utilizacion, funcionaran como se describe mas abajo, y pueden realizarlo teniendo en cuenta la entrada del operario, datos de movimiento del barco y otros datos recopilados o parametros operativos deseados. En todos los procedimientos, tambien pueden utilizarse dispositivos de empuje alternos. Los procedimientos pueden utilizarse con una embarcacion que presente uno o mas conjuntos de tobera y alabe de inversion, que puedan controlarse al unisono o de manera independiente.

Mantener el rumbo de una embarcación

Un problema con los sistemas actuales de control de chorro de agua del tipo al que se ha hecho referencia anteriormente es su incapacidad para mantener el rumbo de manera eficaz. Para ser mas viable desde un punto de vista comercial, el sistema de control debe proporcionar al operario la sensacion de que tiene un control completo del barco. Un viraje excesivo y un funcionamiento en linea recta inestable o erroneo no proporcionan al operario la sensacion de tener el control.

En un procedimiento de control de la invencion, el sistema de control mantiene el rumbo apropiado del barco a cualquier velocidad sin la intervencion del operario. Para mantener el rumbo, el procedimiento de control compara el rumbo deseado con el rumbo real y desvia la tobera para corregir el error. Independientemente de la velocidad del barco, incluyendo la velocidad cero, el controlador mantiene automaticamente el rumbo del barco controlando simultaneamente todos los propulsores, incluyendo los propulsores de proa, y dispositivos de empuje vectorial tales como chorros de agua.

Vease la figura 1 para un diagrama de flujo logico de este procedimiento de control. En primer lugar, se adquiere elrumbo deseado. Este puede o bien introducirse en el sistema o bien captarse por el sistema basandose en un rumbo en un momento de adquisicion especifico. A continuacion se adquiere el rumbo real en la etapa 10. En una realizacion preferida, este se adquiere a partir de un sensor de rumbo de tres ejes montado de forma fija en el barco y conectado al controlador electronico. El sensor tiene tres ejes, cada uno de los cuales utiliza un sensor magnetoinductivo que mide el campo magnetico de la Tierra. Como el sensor de rumbo esta montado de forma fija en el barco y el barco esta sometido a movimientos de balanceo y cabeceo por las olas, la sefal procedente del sensor de rumbo puede verse afectada negativamente. Para corregir esta condicion, puede utilizarse un sensor de cabeceo y balanceo montado en el barco para medir el cabeceo y el balanceo y proporcionar una sefal indicativa del cabeceo y el balanceo al controlador para permitir la correccion de la sefal de rumbo. Tambien pueden utilizarse otros tipos de sensores de rumbo.

Una vez adquirido el rumbo real, ya sea a partir de un sensor magnetico o no, el error de rumbo se calcula en la etapa 12 restando el rumbo real del rumbo deseado. Como la dinamica del barco es diferente dependiendo de si el propulsor de proa esta activo, a continuacion se determina si el propulsor de proa esta activo o no en la etapa 14.

Este procedimiento de control controla la direccion del barco por medio de un algoritmo que utiliza el error de rumbo (la diferencia entre el rumbo deseado y el rumbo real) para mantener un rumbo. Este algoritmo esta constituido por la suma de tres terminos. Un termino es proporcional al error de rumbo, un termino es proporcional al error de rumbo que se ha acumulado a lo largo del tiempo, y el ultimo termino es proporcional a la tasa de cambio del error de rumbo. El resultado de esta suma se utiliza para posicionar el dispositivo de direccion. Cada termino de suma presenta un multiplicador asociado con el mismo, que determina el efecto de esos terminos en la salida global. Estosmultiplicadores se denominan a menudo ganancias. La primera ganancia es la ganancia "P". Esta se denomina en ocasiones ganancia de timon, puesto que esta ganancia controla cuanto del error de rumbo se aplica a la posicion del dispositivo de direccion. Este termino hace que el dispositivo de direccion se posicione a si mismo de manera proporcional al error de rumbo, en la direccion que corrige el error de rumbo. La segunda ganancia es la ganancia "I". Esta se denomina en ocasiones reglaje, puesto que de manera eficaz afade un desplazamiento a la posicion central del dispositivo de direccion a lo largo del tiempo. Esto elimina cualquier desplazamiento de rumbo a largoplazo debido al viento y las olas. La tercera ganancia es la ganancia "D". Esta se denomina en ocasiones contratimon. Este termino hace que el dispositivo de direccion se posicione a si mismo de manera proporcional a la velocidad de viraje del barco, en la direccion que se opone a la velocidad de viraje. Tambien pueden utilizarse otros procedimientos de control o reglas.

Dependiendo de si el propulsor de proa esta activo o no, se accedera a diferentes conjuntos de datos para determinar "P", "I" y "D". Tal como se muestra en las etapas 16a y 16b, "P", "I" y "D" diferiran basandose en las rpm del motor. Es decir, puesto que la cantidad de flujo a traves de la tobera aumenta a medida que aumentan las rpm del motor, es deseable hacer que los factores "P", "I" y "D" sean dependientes de las rpm del motor. Aunque los

factores "P", "I" y "D" disminuiran generalmente a medida que aumentan las rpm del motor, puede que este no sea el caso en algunas circunstancias, tal como se muestra para el factor "P" en la etapa 16b. Los factores "P", "I" y "D" tambien pueden ser dependientes de la velocidad del barco. Por ejemplo, en un modo de operacion de varada a baja velocidad, los valores de ganancia se fijarian generalmente superiores para producir un control de correccion suficiente de la tobera. A velocidades superiores, las magnitudes de ganancia se fijarian inferiores puesto que el barco es mas sensible a los cambios en la tobera que a velocidades inferiores. Las diferentes curvas para cada factor pueden determinarse mediante la utilizacion de datos empiricos o mediante el calculo teorico y pueden modificarse para la dinamica de un barco especifico. El procedimiento puede tener en cuenta otros estados de los sistemas de propulsion y posicionamiento del barco, por ejemplo propulsor que empuja a babor, propulsor que empuja a estribor, posicion del alabe, modo operativo, y posicion de interfaz de control del operario, no mostrandose ninguno de ellos en el diagrama de flujo logico.

En la etapa 18, PtermT0, ItermT0 y DtermT0 se calculan basandose en los datos "P", "I" y "D" seleccionados en la etapa 16. PtermT0 se calcula multiplicando "P" por el error de rumbo. ItermT0 se calcula afadiendo el periodo de tiempo/iteracion previo Iterm (ItermT0-1) al factor "I" multiplicado por error de rumbo multiplicado por (To -T0-1). DtermT0 se calcula multiplicando "D" por la tasa de cambio del error de rumbo (determinado comparando el error de rumbo real con el error de rumbo a partir del periodo de tiempo previo y dividiendolo entre (To - T0-1)). Una vez calculados estos terminos, se suman en la etapa 20 para llegar a Control DutT0, que es la sefal utilizada para controlar la cantidad de desviacion de la tobera en la direccion deseada.

En las etapas 22 y 24 que siguen a la etapa 20, la cantidad de desviacion de la tobera y la tasa de desviacion maxima de la tobera indicada por la etapa 20 pueden limitarse basandose en las rpm del motor. A medida que aumentan las rpm del motor, aumenta el efecto de la desviacion de la tobera. Por tanto, estas limitaciones impuestas en las etapas 22 y 24 evitan la desviacion de la tobera a un angulo demasiado grande o tasas de cambio de angulo demasiado grande que pueden permitir que el barco se vuelva inestable o haga sentir inestable al operario. La sefal, limitada o no en las etapas 22 y 24 se proporciona entonces para el control de la tobera en la etapa 26.

Esta sefal puede ser una sefal directa al actuador de tobera o puede utilizarse para sefalizar otro componente que controla el actuador de tobera. El ciclo se repite entonces en la etapa 28, volviendo a la parte superior del bucle. En una realizacion, este ciclo se repite aproximadamente 20 veces por segundo aunque esta frecuencia puede modificarse si se desea.

Este procedimiento de control permite al barco mantenerse de manera precisa en un rumbo deseado sin una entrada adicional por parte del operario del barco ajustando la desviacion de la tobera basandose en los datos seleccionados. Incluye limitar factores que evitan que una correccion del rumbo se produzca demasiado rapido de modo que el barco se vuelva inestable o los pasajeros se sientan incomodos. Este procedimiento puede implementarse como hard�are, soft�are o una combinacion de ambos. Puede incorporarse en un controlador de navegacion existente para el barco o puede ser un componente independiente. Pueden utilizarse otros dispositivos de empuje vectorial, por ejemplo, el timon. Una ventaja de este procedimiento es que el operario no tiene que emplear la interfaz de piloto automatico para ajustar la sensibilidad cuando se cambia la velocidad. Ademas, cuando se amarra el barco, el operario no tiene que preocuparse de que el barco se balancee en el varadero. El operario tampoco tiene que preocuparse de que el barco se balancee cuando se activa el propulsor de proa.

Utilizar la velocidad angular del sensor de viraje y el sensor de rumbo para calcular el rumbo

Dtra caracteristica de la presente invencion es un procedimiento que utiliza un sensor de velocidad angular en combinacion con un sensor de rumbo para calcular el rumbo real actual para su visualizacion o para su utilizacion en el control del movimiento del barco. El sensor de rumbo puede estar en forma de 1) un sensor de rumbo magnetico de tres ejes, al que en ocasiones se hace referencia como sensor de rumbo fijo, utilizado preferiblemente en combinacion con un sensor de cabeceo y balanceo tal como se indico anteriormente para la correccion de errores; 2) un sensor de tipo montado sobre suspension cardanica; 3) un sistema de posicionamiento global y/u otro tipo de sistema/sensor de rumbo.

Muchos sensores de rumbo filtran sus salidas de modo que durante una maniobra rapida, la salida del sensor puede quedarse atras, excederse y/o de otro modo no reflejar el rumbo real del barco. Puede ser que los sistemas de posicionamiento global de una gama de precios moderada no se actualicen lo suficientemente rapido o proporcionen la precision necesaria para un control del barco en tiempo real preciso. Ademas, puede ser que el sistema �PS no reciba la informacion necesaria por satelite para proporcionar los datos correctos para calcular el rumbo real. Por tanto, cuando los datos de rumbo real utilizados para calcular el rumbo son imprecisos o inexistentes, el procedimiento actual puede compensarlo. El procedimiento actual utiliza una velocidad angular de sensor de viraje, tal como un sensor de tipo giroscopico, para producir una sefal, utilizada en combinacion con los datos desde el sensor de rumbo, para calcular el rumbo real si se determina que no es probable que los datos de rumbo proporcionados por el sensor de rumbo reflejen el rumbo real, o entre actualizaciones de rumbo (como en un sistema �PS). Como ejemplo de implementacion de este procedimiento en el que se filtra la sefal a partir de un sensor de rumbo y no refleja el rumbo real, vease la figura 2.

Por tanto, hasta que se pueda confiar de nuevo en que los datos a partir del sensor de rumbo son precisos, se calculan los datos del rumbo utilizando datos de velocidad de viraje de rumbo. En el procedimiento mostrado, el rumbo se adquiere a partir del sensor de rumbo en el momento T0, etapa 30. En la primera iteracion, rumboT0 calculado � rumboT0 de sensor de rumbo, etapa 32. La velocidad de viraje de rumbo se adquiere entonces a partir de una velocidad angular de sensor de viraje en el momento T0+1, etapa 34. A continuacion se determina si la velocidad de viraje de rumbo esta por encima o por debajo de un umbral predeterminado en la etapa 36. Si esta por debajo del umbral, se supone que no se esta realizando un viraje tan rapidamente de modo que sea probable que los datos a partir del sensor de rumbo sean imprecisos. Por tanto, el rumboT0 de sensor de rumbo se proporciona a cualquier modo o procedimiento de control que requiera tales datos en la etapa 38, el momento T0 se reajusta en la etapa 40 y una nueva iteracion puede comenzar en la etapa 30. Si la velocidad de viraje de rumbo esta por encima del umbral en la etapa 36 de modo que se considere que el rumbo a partir del sensor de rumbo pueda ser impreciso, se calcula un rumbo calculado en la etapa 42 y el rumbo calculado se proporciona a cualquier modo o procedimiento de control que requiera tales datos en la etapa 44. A continuacion se reajusta el momento T0 en la etapa 46 y una nueva iteracion puede comenzar en la etapa 34. Cuando la velocidad de viraje de rumbo cae por debajo del umbral predeterminado, la parte del rumbo calculado del bucle se abandonara en la etapa 38 y el proceso vuelve a la parte superior del diagrama de flujo, tal como se indico anteriormente.

Puede utilizarse un procedimiento similar en un sistema en el que se utilizan datos de �PS para proporcionar datos del rumbo. Vease la figura 3. En este caso, puede ser que los datos de �PS no actualicen de manera suficientemente rapida como para proporcionar los datos requeridos del rumbo. Por tanto, entre actualizaciones, los datos del rumbo se calculan de nuevo utilizando datos de velocidad de viraje del rumbo. En el procedimiento mostrado, el rumbo de �PS se adquiere en el momento To, etapa 50. Este rumbo de �PS se proporciona a continuacion en la etapa 52, y el rumboT0 calculado se fija al rumboT0 de �PS, etapa 54. A continuacion se determina si se ha recibido una nueva actualizacion de �PS en el momento T0+1, etapa 56. En este caso, el rumboT0�1 calculado se fija al rumboT0�1 de �PS en la etapa 58 y este rumbo de �PS se proporciona en la etapa 64. Si no se ha recibido una nueva actualizacion, la velocidad de viraje de rumbo se adquiere a partir de una velocidad angular del sensor de viraje en el momento T0+1, etapa 60. Se calcula un rumbo calculado en la etapa 62 y el rumbo calculado se proporciona en la etapa 64. A continuacion se reajusta el momento T0 en la etapa 66, el rumbo calculado se reajusta en la etapa 68 y el proceso vuelve a la etapa 56 para determinar si esta disponible una nueva actualizacion de �PS. Si no, se realiza una nueva iteracion del bucle inferior. En este caso, el proceso abandona el bucle inferior y vuelve a la parte superior del diagrama de flujo.

El sensor de rumbo tambien puede ser vulnerable a alteraciones que afecten a su salida de modo que la salida no refleje el rumbo real. Por ejemplo, un sensor magnetico de rumbo es muy sensible a las alteraciones magneticas que pueden producirse por la operacion del equipo en el barco. De manera similar, el sensor de tipo montado sobre suspension cardanica puede ser sensible a los impactos o la vibracion del barco, que pueden afectar a la precision de su salida. La existencia de una alteracion de este tipo puede determinarse mediante medicion, tal como con un sensor de vibracion/impacto que mide una cantidad de vibracion/impacto. La existencia de una alteracion tambien puede suponerse cuando se cumplen una o mas condiciones predeterminadas. Por ejemplo, en una realizacion, se supone que se produce una alteracion cuando el equipo electrico esta funcionando, produciendo de este modo una interferencia magnetica con un sensor de rumbo magnetico. El controlador puede sefalizarse cuando tal equipo esta funcionando de modo que puede adoptar una accion correctora. Este procedimiento proporciona una manera para corregir el efecto negativo de la alteracion sobre los datos del rumbo.

En una realizacion mostrada en la figura 4, se adquiere un rumbo en la etapa 70 y un rumbo calculado se fija como el rumbo adquirido en la etapa 72. A continuacion se determina si se ha producido una alteracion en la etapa 74. Si no, se supone que el rumbo adquirido a partir del sensor de rumbo es preciso y se proporciona en la etapa 76. El proceso vuelve entonces a la parte superior del diagrama de flujo. Si se determina que se produce una alteracion de modo que no se considera que un rumbo recientemente adquirido sea preciso en el momento T0+1, la velocidad de viraje de rumbo se adquiere a partir de una velocidad angular del sensor de viraje en el momento T0+1, etapa 80. Un rumbo calculado se calcula en la etapa 82 y el rumbo calculado se proporciona en la etapa 84. A continuacion se reajusta el momento T0 en la etapa 86, el rumbo calculado se reajusta en la etapa 88 y el proceso vuelve a la etapa 74 para determinar si aun se produce una alteracion. En este caso, se realiza una nueva iteracion del bucle inferior. Si no, el proceso abandona el bucle inferior en la etapa 76 y vuelve a la parte superior del diagrama de flujo. Esta realizacion puede utilizarse para diferentes tipos de alteraciones y diferentes tipos de sensores de rumbo.

Las alteraciones magneticas pueden tratarse de una manera especifica. El sensor de rumbo magnetico es muy sensible a las alteraciones magneticas que pueden producirse por la operacion del equipo en el barco (tal como motores electricos, solenoides, propulsores, detectores ultrasonicos de cardumenes y bombas). El descubrimiento de esta sensibilidad condujo a la introduccion de un sensor de velocidad de viraje inmune a las alteraciones magneticas. Cuando la interferencia se anticipa por el procedimiento o se mide por el sensor magnetico, el controlador ajusta el enfasis (ponderacion) proporcionada a cualquier sensor afectado tal como se requiere para minimizar tales alteraciones magneticas. De este modo, el controlador puede cambiar de manera preventiva las ganancias y seleccionar el sensor apropiado basandose en un conocimiento o medicion a priori de las alteraciones provocadas por la utilizacion de dispositivos de alta alteracion EM.

Una realizacion de este procedimiento utilizada especificamente para alteraciones magneticas se muestra en la figura 5. Esta realizacion es similar al diagrama de flujo en la figura 1, pero en el lugar en el que ese diagrama de flujo determina si el propulsor de proa esta activo, el presente diagrama de flujo determina si se esta produciendo una alteracion magnetica. El rumbo a partir del sensor de rumbo se adquiere en la etapa 90 y se calcula un error de rumbo en la etapa 92. La aparicion de una alteracion se determina en la etapa 94. Si no existe ninguna alteracion, los factores "P", "I" y "D" no se ven alterados, etapa 96a. Si se produce una alteracion, los factores "P", "I" y "D" se ponderan de manera diferente en la etapa 96b que en la etapa 96a. El factor "D" es el factor derivativo, proporcional a una tasa de cambio del error de rumbo. Se deriva del sensor de velocidad y no del sensor magnetico.

Se ha encontrado que la ponderacion para este factor "D" se aumenta de manera deseable en presencia de una alteracion magnetica, mientras que la ponderacion para los factores "P" e "I" debe disminuirse puesto que se derivan de una fuente magnetica. Esto se muestra en la etapa 96b. Pterm, Iterm y Dterm se calculan entonces en la etapa 98, Control Dut se calcula en la etapa 100 y la sefal resultante se utiliza para controlar la tobera en la etapa 102, tras lo cual se reajusta el momento y comienza una nueva iteracion. Cuando estas alteraciones magneticas son temporales por naturaleza, tal como la activacion de un solenoide de alabe, afectan principalmente al factor "D" mencionado anteriormente. En ausencia de un sensor de velocidad de viraje no magnetico, la ponderacion de este factor "D" puede reducirse, y la ponderacion de los factores P e I se eleva durante una alteracion. Pueden utilizarse otros sensores magneticos y no magneticos y cambiarse su ponderacion relativa segun sea apropiado.

En situaciones en las que la alteracion magnetica sea un fenomeno relativamente a largo plazo (tal como un propulsor de proa), pueden implementarse otros terminos. En estos casos, cuando la interferencia se anticipa o mide por el sensor magnetico en un eje dado, el controlador afade un desplazamiento a cualquier eje implementado tal como se requiere para anular tales alteraciones magneticas. Este desplazamiento se basa en una medicion de las alteraciones la configuracion inicial del sistema. En algunos casos (por ejemplo cuando solo un eje esta afectado por la alteracion) ese eje se calcula a partir de las otras dos mediciones de eje. Por tanto, el algoritmo incluye un sistema programado para tener en cuenta automaticamente las alteraciones electromagneticas.

Dtra realizacion se muestra en la figura 6. En este caso, se supone que la aparicion de una condicion crea una alteracion y los datos del rumbo se corrigen basandose en un conocimiento predeterminado del efecto de una alteracion de este tipo sobre los datos del rumbo. Los datos de �, � y � magneticos se adquieren en primer lugar en la etapa 106. En la etapa 108, se determina si se ha activado el solenoide de alabe de elevacion. Si no, el proceso avanza a la etapa 112. En este caso, se ha determinado previamente, mediante la realizacion de pruebas, que un error especifico se introduce en la medicion del eje �. Por tanto, la medicion del eje � se corrige en la etapa 110 afadiendo un desplazamiento con respecto a la medicion del eje � adquirida que se ha determinado previamente para compensar el efecto de la activacion del solenoide. En la etapa 112, se determina si se ha activado el solenoide de alabe de descenso. Si no, el proceso avanza a la etapa 116. En este caso, la medicion del eje � se corrige en la etapa 114. Puesto que se ha determinado que la activacion del solenoide de alabe de descenso afecta a la medicion del eje � de manera diferente a la activacion del solenoide de alabe de elevacion, se afade un desplazamiento diferente a la medicion del eje � adquirida en la etapa 114. En la etapa 116, se determina si el propulsor de proa se ha activado. Si no, el rumbo puede calcularse en la etapa 120 a partir de las mediciones de eje � y � adquiridas y la medicion del eje �, se haya adquirido de la etapa 106 o corregido en las etapas 110 o 114. Si el propulsor de proa se ha activado, la medicion del eje � se corrige en la etapa 118 mediante una formula predeterminada para corregir de la mejor manera el error introducido por la activacion del propulsor de proa. El rumbo se calcula entonces en la etapa 120 con la medicion del eje � corregida. Tambien pueden incluirse otras alteraciones en este procedimiento determinandose las correcciones de los factores mediante una realizacion previa de pruebas, hipotesis y/o medicion.

Las diversas realizaciones dadas a conocer en la presente memoria, y diversos aspectos de tales realizaciones, pueden combinarse con otras realizaciones y/o aspectos de otras realizaciones para crear nuevas realizaciones. Un sistema preferido que incorpora la presente invencion utilizara mas de una de las realizaciones dadas a conocer.

Utilizar la velocidad de viraje para controlar el balanceo

Con los sistemas de control conocidos en el campo, cuando el operario desea salir de un viraje, se devuelve la orden de direccion a la posicion central o neutra y la tobera se desvia automaticamente a la posicion neutra. Esto da como resultado un balanceo retardado (particularmente en barcos con baja inercia con viento y olas) y habitualmente da como resultado un viraje en exceso cuando esta disponible una caracteristica de mantenimiento del rumbo o piloto automatico.

En la presente invencion, cuando el operario devuelve la palanca de control (u otro controlador) a la posicion neutra, ordenando al barco a que salga de un viraje, el controlador detecta la velocidad de viraje del barco durante el balanceo, y opcionalmente antes de que comience el balanceo, y la tobera se desvia automaticamente de manera proporcional a la velocidad de viraje, para oponerse al viraje. La posicion de la tobera se actualiza de manera continua con la velocidad de viraje durante todo el balanceo. Esto da como resultado un tiempo de respuesta mas rapido, mas repetible para finalizar un viraje. Cuando la direccion del barco se endereza (y el barco deja de virar), tambien lo hace la tobera de modo que el barco y la tobera se encuentran en el punto neutro simultaneamente cuando el barco completa el viraje. En casos en los que se dispone de una caracteristica de mantenimiento de

rumbo, el sistema de control adquiere entonces el nuevo rumbo. Puesto que el barco no esta virando y la tobera esta en posicion neutra, no hay un viraje excesivo.

Vease la figura 7 para un diagrama de flujo logico de este procedimiento de control. Para comenzar, la orden de posicion de tobera para este procedimiento de control es cero, etapa 130. Esto significa que este procedimiento de control no modifica la posicion de la tobera, ya sea la posicion de la tobera neutra o virada. En la etapa 132, se determina si la palanca de control esta descentrada, es decir, si el operario esta realizando un viraje. Si no, el procedimiento de control vuelve a la etapa 132. Debe observarse, que existen controladores mecanicos diferentes para dirigir el barco. Estos pueden incluir un sistema de palanca de mando en el que la palanca de mando se hace rotar en la direccion deseada para dirigir el barco en esa direccion y tambien pueden incluir un sistema de palanca de mando en el que la palanca de mando se mueve hacia el lado deseado (sin rotacion) para dirigir el barco en la direccion deseada. Tambien pueden utilizarse otros controles de direccion sin modificar la aplicabilidad de este procedimiento de control, u otros procedimientos de control tratados en la presente memoria. Por tanto, la cuestion de si la palanca esta descentrada es meramente una cuestion de si el operario esta operando el control de direccion, cualquiera que sea el tipo, para dirigir el barco.

Si la palanca esta descentrada, la orden de posicion de tobera se fija como la orden de posicion de palanca en la etapa 134 de modo que la posicion de la tobera se correlaciona directamente con la posicion de la palanca (ignorando los ajustes de la posicion de la tobera mediante otros procedimientos de control). Entonces se reduce el filtrado de sensor de rumbo, si lo hay, en la etapa 136 y entonces se determina en la etapa 138 si la palanca ha vuelto al centro o no. Si no, el procedimiento de control vuelve a la etapa 134. Si la palanca esta en el centro, la orden de posicion de tobera se fija como el valor negativo de la velocidad de rumbo multiplicado por un factor constante �. La velocidad de rumbo puede determinarse a partir de un calculo del cambio en el rumbo con el tiempo

o puede proceder de un sensor de velocidad de rumbo. La constante � puede ser una constante especifica determinada para el barco particular o puede accederse a ella a partir de una carta que depende de otros factores. Es solo en la etapa 140 donde este procedimiento de control realmente envia una sefal que se utiliza para ajustar la posicion de la tobera desde donde estaria si este procedimiento de control no estuviera en funcionamiento.

Entonces se determina de nuevo si la palanca esta descentrada en la etapa 142. En este caso, por ejemplo, puesto que el operario puede estar realizando un ligero ajuste del rumbo, el procedimiento de control vuelve a la etapa 134. Si la palanca todavia esta en el centro, se determina en la etapa 144 si la velocidad de rumbo es inferior a un umbral predeterminado. Por debajo de este umbral, el barco esta virando a una velocidad suficientemente lenta como para restablecer cualquier filtrado reducido en la etapa 136.

Si la velocidad de rumbo esta por encima del umbral, el procedimiento de control vuelve a la etapa 140. Si la velocidad de rumbo esta por debajo del umbral, los filtros de sensor de rumbo se restablecen en la etapa 148 y se determina si la velocidad de rumbo esta por debajo de un segundo umbral inferior en la etapa 152. En este caso, se determina si el barco ha dejado de virar. Aunque esto indicaria que la velocidad de rumbo debe ser cero, se ha encontrado que debido al ruido, la velocidad de rumbo puede no indicar cero ni siquiera cuando el barco no esta virando. Por tanto, se determina si la velocidad de rumbo esta por debajo de un umbral que permitiria ruido pero que todavia seria un buen indicador de que no se esta produciendo viraje o de que se realiza a una velocidad muy baja. Si esta por debajo de este umbral predeterminado inferior, se supone que el barco ha dejado de virar, y el procedimiento de control vuelve a la parte superior del diagrama de flujo logico en la etapa 130. Si la velocidad de rumbo esta por encima del umbral inferior, el barco todavia puede estar virando todavia y el procedimiento de control vuelve a la etapa 140.

El controlador tambien puede recordar la cantidad de reglaje/compensacion de la tobera (necesaria para mantener un rumbo) in situ antes de que el operario gire la palanca, y devolver la tobera a esa compensacion cuando se devuelve la palanca a la posicion neutra.

Estas caracteristicas dan como resultado un tiempo de respuesta mas rapido, mas repetible entre cuando el operario libera el dispositivo de direccion y el rumbo final logrado una vez que se ha completado el viraje, y se elimina el viraje excesivo del rumbo final. Tambien dan como resultado una vuelta a la posicion neutral que parece mas intuitiva para el operario compensando factores que el operario podria no haber detectado bien.

Elementos de control de posicionamiento previo para movimiento lateral

Los sistemas de control de chorro de agua conocidos tambien presentan problemas cuando inician o detienen una traslacion lateral. Por ejemplo, con los actuales sistemas de control de piloto automatico, en ambas maniobras, debe detectarse primero un error de rumbo antes de que el piloto automatico pueda responder con un movimiento de angulo de tobera de correccion.

Por ejemplo, cuando se inicia una cantidad de movimiento lateral, la proa ya presenta una cantidad de movimiento lateral significativa en el momento en que se produce el movimiento de la tobera iniciado por el piloto automatico. Esto da como resultado una guifada del barco imprevista porque hay propulsion lateral a partir del propulsor de proa en la proa del barco pero todavia no hay propulsion lateral en la popa del barco a partir de la tobera.

En consecuencia, cuando el movimiento lateral se ha iniciado y el operario desea llevar el barco a un rumbo de parada o cambio, primero debe detectarse un error de rumbo antes de que el piloto automatico pueda responder con un movimiento de tobera de correccion. En el momento en que se produce la accion iniciada por el piloto automatico, la proa se ha ralentizado significativamente y la popa mas pesada continua moviendose debido a significativamente mas cantidad de movimiento lateral, dando como resultado de nuevo la guifada del barco.

Para superar estos problemas de control, un aspecto de la presente invencion utiliza algoritmos preventivos, de alimentacion hacia delante (es decir, antes de que cambie la retroalimentacion del rumbo) que posicionan de manera previa elementos de control en anticipacion del error de rumbo que se desarrollara debido a los factores anteriores. Si se esta iniciando el movimiento lateral, la tobera se mueve hasta una posicion predeterminada apropiada que evitara la guifada del barco antes de que pueda producirse un error de rumbo y/o que el piloto automatico (u otro dispositivo de mantenimiento del rumbo) detecte el error de rumbo y realice un ajuste correspondiente. Este reposicionamiento de la tobera se fija en un angulo predeterminado fijo basandose en las caracteristicas del barco y en los desplazamientos de la guifada prevista. Asimismo, cuando el movimiento lateral se esta ralentizando o se detiene, la tobera se mueve hasta una posicion predeterminada apropiada que evitara la guifada del barco antes de que pueda producirse el error de rumbo y/o que el piloto automatico detecte el error de rumbo y realice un ajuste correspondiente. En la realizacion preferida, se utiliza el procedimiento de mantenimiento de rumbo para ajustar adicionalmente el angulo de la tobera para tener en cuenta condiciones tales como viento o corrientes de agua que pueden introducir guifada del barco.

Los parametros de control para estos algoritmos pueden cambiarse en funcion del empuje, rpm del motor, velocidad del barco o modo de control.

Control de retardo de tiempo para minimizar el giro del barco

En un barco con multiples propulsores, es decir, una tobera trasera, y un propulsor de proa, el barco responde de manera diferente cuando se accionan diversos tipos de propulsores. Por ejemplo, con un barco que se esta propulsando lateralmente por la tobera trasera y un propulsor de proa, si se detienen ambos propulsores, la parte trasera del barco tenderia a desviarse mas que la proa debido a la diferencia en la cantidad de movimiento producida por el peso mas ligero de la proa en comparacion con el de la popa. A la inversa, cuando se inicia una maniobra lateral, la parte trasera tarda mas tiempo que la proa en ganar impulso.

Para adaptarse a los diferentes tiempos de respuesta de una forma que pase desapercibida para el operario, se retarda la activacion o desactivacion de uno o mas de los propulsores que producen una reaccion rapida por el barco. Por ejemplo, cuando se inicia un movimiento lateral en un barco que es mas pesado en la popa, se retarda la activacion del propulsor de proa durante un tiempo corto una vez que se activa el propulsor trasero. Esto permitira que la parte trasera gane impulso antes de que se active el propulsor de proa. El tiempo de retardo se fija de modo que el barco se mueva lateralmente de una manera muy intuitiva.

De manera similar, cuando el operario desea finalizar una maniobra lateral, por ejemplo devolviendo la palanca de mando a la posicion neutra, el controlador desacoplara automaticamente el propulsor trasero y esperara un periodo de tiempo predeterminado antes de desacoplar el propulsor de proa para compensar la ralentizacion de la proa mas rapidamente que la de la popa. Este procedimiento de control elimina la tendencia natural del barco a la guifada como resultado de la diferencia la cantidad de movimiento entre la proa y la popa. El retardo de tiempo puede cambiarse en funcion del empuje, rpm del motor, velocidad del barco, procedimiento de control, distribucion de tamafo y peso del barco u otros factores.

Integración de funciones de piloto automático en el sistema de control del barco

En la actualidad, los barcos pueden emplear un sistema de piloto automatico separado del controlador electronico para controlar el barco. La presente invencion puede integrar ciertas caracteristicas del piloto automatico en el sistema de control del barco incorporando un sensor de rumbo con el sistema de control del barco. Entonces ya no se requiere la utilizacion de un piloto automatico convencional (y su hard�are asociado). Todos los controles podrian estar en una manivela de control, haciendo que el funcionamiento del barco sea mas facil e intuitivo.

Por ejemplo, pueden integrarse las siguientes caracteristicas de piloto automatico en el sistema de control del barco:

a.

Capacidad de mantenimiento de rumbo, capacidad de fijacion de rumbo y capacidad de cambio de rumbo.

b.

El reglaje/compensacion necesario para mantener el rumbo puede cambiarse en funcion de la velocidad de viraje, duracion del viraje, desviacion de la tobera, empuje, cambio en el rumbo, etc.

c.

El reglaje/compensacion in situ antes de una maniobra lateral puede restablecerse despues de la maniobra.

d.

Las capacidades de avance leve del timon que normalmente vienen con un piloto automatico se conseguirian con

la misma palanca de control del barco.

e.

Los puntos de referencia en la ruta, rumbos del piloto automatico, etc. pueden obtenerse estableciendo una interfaz con un dispositivo separado tal como un trazador de cartas/�PS con una interfaz grafica.

f.

Los parametros para mantener el rumbo pueden optimizarse para el procedimiento o modo de control dado. Por ejemplo, el sistema puede detectar cuando el operario esta haciendo funcionar el propulsor de proa a bajas velocidades para un movimiento lateral, y aplicar los parametros apropiados al algoritmo y filtros.

Dtros aspectos que pueden integrarse en el sistema de control de la presente invencion incluyen:

g.

Captar el rumbo en funcion de otro parametro:

i. Captacion basada en velocidad de rumbo, para un movimiento suave, sin viraje excesivo, cuando se sale de un viraje.

ii. Captacion basada en una funcion de un cambio en el signo de la velocidad del rumbo o por debajo de un umbral para un movimiento suave, sin viraje excesivo, cuando se sale de un viraje.

iii. Captacion en funcion de la posicion de la tobera para un movimiento suave, sin viraje excesivo, cuando se sale de un viraje.

iv. Captacion del rumbo basandose en una velocidad de rumbo casi cero. Los calculos utilizando una velocidad de rumbo al inicio de un balanceo pueden utilizarse para visualizar o captar el rumbo anticipado en el que se encontrara el barco al final del viraje. La velocidad de rumbo al inicio de un balanceo puede utilizarse para compensar un sensor de rumbo retrasado determinando el retardo de tiempo antes de captar el rumbo.

h.

Aplicar la tobera, timon como una funcion exponencial o logaritmica, no lineal de la velocidad del rumbo (menos sensible a pequefos cambios que a cambios mas grandes) para minimizar un trabajo en exceso y prolongar la vida del actuador de tobera/bomba/motor. Esto en lugar de una banda inactiva con un termino proporcional que varia linealmente con un cambio de la velocidad de rumbo (es decir, ganancia proporcional constante).

i.

Compensar la interferencia de campo electromagnetico del sistema electronico compensando distorsiones de campo en funcion del modo o la posicion de la palanca, por ejemplo, calcular el campo magnetico de eje z a partir de z e y, cuando el propulsor esta activado y desplazar el eje y cuando los solenoides de alabe estan energizados.

j.

Compensar la interferencia de campo electromagnetico del sistema electronico controlando/regulando la corriente (el campo es proporcional a la corriente) en funcion del modo o la posicion de la palanca, por ejemplo, desplazar el eje y cuando los solenoides de alabe estan energizados, compensar mas cuando los solenoides de alta velocidad estan energizados. La corriente puede regularse para mantener el campo constante.

�.

Compensar la interferencia de campo electromagnetico del sistema electronico sincronizando mediciones de campo como en funcion del modo o la posicion de la palanca, por ejemplo, no medir el campo magnetico cuando se manipula la direccion de cambio de bomba (transitorio de campo/corriente grande).

l.

Compensar la interferencia de campo electromagnetico del sistema electronico en funcion de la unidad de tiempo cuando se energiza/desenergiza (es decir, esperar que el campo disminuya antes de eliminar la compensacion, o incluso hacer que una compensacion sea una funcion de tiempo mientras el campo disminuye). Esto tambien puede utilizarse para la formacion del campo.

m.

Impulso de propulsor de proa proporcional a/en funcion de la posicion de la palanca. Impulso automatico del propulsor o uso de control proporcional del motor basandose en la posicion de palanca.

n.

Ajustar la desviacion/compensacion/posicion integral/neutra/reglaje de la tobera en funcion de las rpm para compensar una salida del chorro de agua/dinamica el casco. Esto cambia la posicion de direccion neutra en funcion de las rpm.

o.

Determinar si el barco esta planeando o no, basandose en las mediciones de las rpm y cabeceo del barco. Cambiar automaticamente las ganancias segun las condiciones del barco.

p.

Cambiar las visualizaciones para el operador de manera automatica o semiautomatica con el modo de control.

Estos algoritmos simplifican la operacion del barco y hacen que las caracteristicas operativas del barco se aproximen a la intuicion del operario. Ademas, automatizando determinadas funciones del operario, el barco puede controlarse de manera mas agresiva puesto que se requiere menos accion por parte del operario para realizar los movimientos especificos del barco. Los movimientos del barco se suavizan controlando de manera proactiva las toberas basandose en las entradas del operario y no esperando a que se acumulen errores de rumbo.

Claims (5)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para compensar las alteraciones de un sensor de rumbo magnetico de una embarcacion, que comprende:

   5 reducir el efecto de la interferencia del campo electromagnetico del equipo electrico de la embarcacion sobre la precision de una sefal de rumbo procedente del sensor magnetico, cambiando un uso de la sefal de rumbo basandose en por lo menos un modo de funcion de la embarcacion y una posicion de un aparato de control del movimiento de un barco mediante por lo menos uno de entre: compensar la interferencia del campo y adquirir la

   10 sefal de rumbo unicamente cuando la interferencia electromagnetica es suficientemente baja para evitar una imprecision sustantiva de los datos de rumbo.
2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, que comprende:

   15 desplazar una de entre una sefal de eje � y una sefal de eje y del sensor magnetico en una cantidad proporcional a un valor de una llamada de corriente del equipo que induce una interferencia.
3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, que comprende:

   20 regular la llamada de corriente del equipo que induce una interferencia para mantener un campo electromagnetico sustancialmente constante.
4. 4. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende:

   25 desplazar una de las sefales durante un periodo de tiempo predeterminado tras la desactivacion del equipo que induce una interferencia para permitir que el campo de interferencia decaiga antes de que el desplazamiento de sefal sea suprimido.
5. 5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende:

   30 retrasar la adquisicion de la sefal de rumbo tras la operacion de desactivacion del equipo que induce una interferencia durante un periodo de tiempo suficiente para permitir que el campo de interferencia decaiga a un nivel no sustancial.