摘 要

大型船舶被广泛的应用于生产生活、军事应用、交通运输等领域。船舶主机遥控一般采用软轴控制，但是对于较大的船舶而言，由于其控制主机的软轴过长导致控制比较困难，控制精度不高。现在比较成熟的控制系统分为三类：气动遥控系统、电动遥控系统以及微型计算机遥控系统。采用以上控制系统可以良好的解决控制精度问题。

本文采用微型计算机技术进行远程通讯和自动控制，微型计算机遥控系统属于电--气结合的遥控模式。在保证电机运行要求的同时，也满足了距离的要求。主要分为两个模块：一个是电机驱动电路以及电机，一个是微机控制显示单元。本文详细介绍了伺服电机控制船舶主机的原理、STC单片机控制伺服电机原理与Proteus仿真模型、伺服电机驱动原理与Simulink仿真模型。实现了对伺服电机的PI控制以及主机系统的保护和显示。

关键词：船舶主机遥控系统；微型计算机遥控系统；STC单片机；PI控制

Abstract

Large ships are widely used in production and life, military applications, transportation and other fields. The main engine of a ship is usually controlled by a flexible shaft, but for a large ship, the control is difficult and the control accuracy is not high because the flexible shaft of the main engine is too long. Now the more mature control system is divided into three categories: pneumatic remote control system, electric remote control system and microcomputer remote control system. Using the above control system can solve the problem of control accuracy.

In this paper, microcomputer technology is used for remote communication and automatic control. The remote control system of microcomputer belongs to the remote control mode of combination of electricity and gas. At the same time, it can meet the requirement of distance. It is mainly divided into two modules: one is motor drive circuit and motor, the other is microcomputer control display unit. This paper introduces the principle of the servo motor controlling the main engine of the ship, the principle of STC single-chip microcomputer controlling the servo motor and the simulation model of proteus, the driving principle of the servo motor and the simulation model of Simulink. The PI control of the servo motor and the protection and display of the host system are realized.

Key Words：marine main engine remote control system; microcomputer remote control system; STC single chip microcomputer; PI control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2船舶主机遥控系统国内外发展现状 2

1.3 主要研究内容 3

第2章 船舶主机控制系统 5

2.1 船舶主机控制框图 5

2.2 系统功能 6

第3章 船舶主机控制系统硬件电路设计 7

3.1 系统硬件电路模块介绍 7

3.2 单片机选择及介绍 7

3.3 MOS管及驱动电路介绍 9

3.3.1 MOS管的选择 9

3.3.2 移相脉冲产生电路 10

3.3.3 电平转换电路 11

3.3.4 驱动芯片IR2110介绍 12

3.3.5 基于IR2110的驱动电路 13

3.4 电位器检测电路 14

3.5 单片机最小系统 14

3.6 辅助电源电路 15

3.6.1 5V稳压电源电路设计 15

3.6.2 12V稳压电源电路设计 16

3.7 保护电路设计 17

3.8 开机按钮电路设计 18

3.9 开机报警电路设计 18

第4章 直流跟随控制系统设计 20

4.1 直流电机跟随控制 20

4.2 H桥控制原理 20

4.3 系统仿真及分析 21

第5章 单片机控制系统软件部分设计 25

5.1 系统仿真等效替换 25

5.2 系统软件变量设计 25

5.3 启动过程设计 26

5.3.1 系统初始化 26

5.3.2 开机判断 27

5.4运行程序设计 27

5.4.1 计算函数 27

5.4.2 保护标志位函数 28

5.4.3 油门调整函数 30

5.4.4 齿轮调整函数（函数4） 30

5.4.5 输出函数 31

5.5 Proteus仿真与分析 32

5.5.1 仿真模型介绍 32

5.5.2 仿真与分析 34

5.4.3 PWM产生过程介绍 42

第6章 总结及展望 44

参考文献 45

附录A 47

致 谢 50

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

电机是生产生活中必不可缺的设备，在船舶系统中，由于柴油机主机过大，控制设备需要在主机附近，以至于最初的船舶主机控制是通过船长下达命令，通过喊话的方式将命令传达到主机附近的控制员，再通过控制员加煤或者减煤以控制速度，但是这种方式速度慢，控制精度不高，而且容易出现错误的现象。同时还要求操作人员熟悉船舶主机的运行方式，操作过程中必须缓慢而连续，否则将出现失控的情况。而且船员的工作环境恶劣，在文献[1]中提到主机在运转过程中热量高，噪音大，操纵人员劳动强度很大^[1]。通过遥控系统来控制，可以大大增加操作的可靠性和安全性。通过在远离主机（在船舶系统中指主发动机）的驾驶室里通过操作手柄等控制设备来实现对主机进行控制的过程即主机遥控。

大部分的船舶主机控制方式为软轴控制，即通过一个有很多细钢丝组成的软轴来传动，软轴具有一定的韧性，在一定范围内可弯曲。通过伺服电机带动软轴前进和后退，以调整主机运行状态。这种方式即被称为软轴驱动。但是当软轴安装到比较大的船只上时，由于船长所在的控制室和船舶的主机之间距离太远，通过软轴控制会造成很大的不便，控制精度也不高，而且容易损坏。