操控介面以及雙俥控制方法

程式介面由NI 提供之 LabVIEW 7.1 為開發介面撰寫操船程式，

吾人以搖桿送出控制命令，藉由搖桿前後左右之作動，船隻亦可進行 同樣方向之動作，如圖19 所示。

圖 19 搖桿操作示意圖[5]

吾人針對搖桿控制雙俥螺槳進行船隻行進方向之分析，在搖桿 不同的作動象限下，螺槳必須有對應之轉動方向，方可使船隻往指定 方向行進，表6 為搖桿角度與螺槳方向對照表。

由於雙俥之左右舷的螺槳方向相反，故前進與後退時兩者會有 不同之轉向，而左右轉時為獲得最大轉動效益，故採行一前一後之推 進方式，亦即同向轉動。

表 6 搖桿角度與螺槳方向對照規格表

搖桿角度 左舷螺槳轉向 右舷螺槳轉向 船隻行進方向

0° 前進

90° 右轉

180° 後退

270° 左轉

有了以上之規格表後，吾人便可針對操船式做進一步設計，程 式流程共有以下主要步驟：

A. 搖桿作動量命令：

搖桿主要作動劃分為X 軸與 Y 軸，吾人取 X 軸之變化為左舷 馬達之控制，Y 軸則為右舷馬達。

B. 命令輸出演算法：

為了得到緩衝啟動馬達之命令，故設計此一演算法，此段演 算法可讓訊號電壓進入驅動器時不致產生變化過大的脈衝，

故使用一段函數使其變化可滿足命令端之需求，見圖 20 之示 意圖。

圖 20 演算法示意圖

圖20 之實線為尚未加上演算法之命令送出方式，函式可由下 列式表示：

X

Y =

如此命令端之電流將直接送入驅動器，並非緩衝輸入，吾人 希望命令輸入時能有一段延遲時間，所以必須將時間項加入 函式之中。首先設定需要的時間延遲函式，此段函式必須能 使命令端快速變化至所需要的範圍，故取以下之函式：

X a Y =

Y：命令端之輸出電壓

a：搖桿操作範圍以及命令端換算輸出電壓之係數

X 項：搖桿作動量，吾人以 Δ 作為 X 項之增加量，每隔 ΔT 之時間所有分量累加總和，亦即下式所表示：

( ) ( ) ( )

圖 21 以^Y

( )

( )

Y 亦必須耗費

nΔ t

C. 角度換算

角度換算可透過搖桿在X 軸與 Y 軸所構成之四象限變化已餘 弦定理方式加以求得。見圖22 之角度換算示意圖。

圖 22 搖桿角度換算

D. 搖桿座標旋轉

為了使搖桿之操作方向能符合使用者之操作方式，故將搖桿之輸入座 標系旋轉45 度，見圖 23，實線箭頭方向為搖桿操作方向。

圖 23 搖桿操作方向 E. 方向判斷

得到角度後，吾人可再藉由方向對照表經 DO 輸出 5V/0V，

分別表示左右舷馬達之正轉/反轉，以便使船隻往指定之方向 行進。

F. 電壓輸出與保護

搖桿之作動分量可再經由換算得到AO 0V~5V 之輸出，而實 際輸出規格為正轉 3V，反轉 2.5V，但為了不讓正負間的電 流變化過大造成驅動器之負荷，故再加上額外之保護用演算 法，當 command 通過零點時，便會進入另一保護演算法，強 制產生延遲，如圖24 所示。

圖 24 command 端之延遲保護

在Delay Time 的前後段之曲線變化，採取前面討論過之演算 法，而此部份之函式則改成

( )

( )

(

( )

)

Y = = Δ+

其作用乃為了使 command 端命令快速下降至 0，藉此亦可確 保在命令變化之端可產生延遲時間。

G. 命令端之電壓輸出

再輸出電壓至驅動器前，為確保搖桿在未輸入電壓之情況 下，船隻因產生小幅震盪或人手因誤觸搖桿而輸入不必要之 命令端電壓，針對搖桿之電壓作動範圍再加以設限。

H. 顯示介面

操作畫面如圖25 所示，由程式左右儀表可讀取目前左右舷輸

左右舷儀表為了容易辨識正反轉情形，故調整使其顯示電壓 輸出為負值，實際上輸入馬達電壓皆為正。

圖 25 操船介面設定情形

上述程式操作流程可進一步由圖26 加以表示。

搖桿方向