本發(fā)明屬于但不限于船舶防腐，尤其涉及一種基于船體電位的電場閉環(huán)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、無論是靜止還是運動的金屬船舶，其周圍海水中都存在有電場。本發(fā)明主要圍繞如何減小船舶的靜電場信號特征，研究重點是船舶靜電場的控制方法以及對這種靜電場能夠產(chǎn)生影響的各項參數(shù)。

2、船舶出航前可通過測量水下電場及船體電位，優(yōu)化得到iccp系統(tǒng)輔助陽極的輸出電流，能夠在船體電位處于防腐區(qū)間條件下使其靜電場最小。船舶在長時間航行時，其表面涂層的變薄與破損情況將會影響船體的各項參數(shù)，進而改變邊界元建模時的船體模型。保持原有的陽極電流輸出值不變已無法滿足船體防腐條件下靜電場防護的需求，甚至可能出現(xiàn)船體保護不足、過大以及電場信號增大的情況出現(xiàn)。由于船舶航行在外，無法獲得自身周圍電場信號分布，因此，無法對陽極輸出電流進行有效調(diào)整。

3、鑒于上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的急需解決的技術(shù)問題為：如果iccp系統(tǒng)的輔助陽極繼續(xù)輸出在船體工況完好情況下所計算出的電流輸出值，或許已經(jīng)不能達到控制艦船靜電場和保護船體的效果了，甚至還有可能使艦船的靜電場目標特征加強，使船體腐蝕加劇。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于船體電位的電場閉環(huán)控制方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于船體電位的電場閉環(huán)控制方法，包括以下步驟：

3、步驟一，船舶航行前在場地內(nèi)測量材料在不同涂層狀態(tài)下測得的電極化曲線；

4、步驟二，船舶在航行過程中，通過船舶的傳感器獲取船殼的水下電位及電流密度數(shù)據(jù)，并且通過該數(shù)據(jù)對比得到當前的極化曲線；

5、步驟三，通過插值法求得的s(p)值即為涂層的腐蝕情況，并建立新的船體腐蝕模型；

6、步驟四，通過數(shù)值方法和尋優(yōu)算法重新計算iccp系統(tǒng)的電流輸出值，使船體電位處于防腐區(qū)間條件下靜電場最小。

7、進一步，步驟一中將船體金屬表面的腐蝕情況設(shè)置為變量，在變量的變化范圍內(nèi)，計算船體在不同腐蝕狀況下的各項參數(shù)，當?shù)玫揭粋€與船體的參比電極和外加傳感器測量到的數(shù)據(jù)相匹配的解時，即能夠確定船體表面受到腐蝕的狀況；將涂層覆蓋的參數(shù)設(shè)定到0～1之間，0代表完全沒有涂層的暴露在介質(zhì)中的裸露金屬，1代表涂層完好的不存在腐蝕的狀態(tài)。

8、進一步，步驟二中選取的極化曲線位于0和1之間的所測得的船體金屬的極化曲線之間。

9、進一步，步驟三中利用徑向基函數(shù)進行插值；公式(1)為徑向基函數(shù)的自變量僅為函數(shù)中心到某一點的距離：

10、r＝||x-xj||?(1)

11、因此，這些函數(shù)可以表達為φ(r)的形式；

12、插值可以采取下述形式進行：

13、

14、公式(2)為插值法公式。其中，n為節(jié)點的數(shù)量，p為節(jié)點電位值。s(p)的值即為涂層的腐蝕情況，因此，有如下形式的一系列方程：

15、

16、公式(3)為利用不同節(jié)點的插值法所得到的方程組。可以通過求解該方程組得到系數(shù)αj的值；

17、對于一個單元i，假設(shè)其最近的三個傳感器的涂層覆蓋參數(shù)分別為s(p1)、s(p2)、s(p3)，各傳感器與節(jié)點間的距離分別為di1、di2、di3，公式(4)為等效距離定義：

18、

19、則單元i的涂層情況可以表示為：

20、

21、公式(5)為單元i的涂層情況。

22、為了使每個單元中包含金屬的極化情況同標準極化曲線的差距最小，目標方程可設(shè)置為：

23、

24、公式(6)為減小與標準極化曲線差距所設(shè)置的目標方程。其中vti為第i個單元的目標電位，vi為第i個單元的測量電位。

25、進一步，步驟三中當?shù)玫酱w的電位以及極化曲線數(shù)據(jù)后，可以通過邊界元法，利用優(yōu)化的函數(shù)，得到iccp系統(tǒng)的電流參數(shù)。

26、進一步，在邊界元的建模中，假設(shè)介質(zhì)(即海水)是均勻連續(xù)的，陰極保護系統(tǒng)的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的，遠離結(jié)構(gòu)處的邊界假定電位為零，船體的絕緣部位可以給定電流為零，并且在陰極表面上電勢和電流之間的關(guān)系滿足極化曲線；

27、金屬表面的極化可以視為在電解液與金屬之間插入一個電阻，因此其相互之間的關(guān)系可簡單表示為：

28、

29、公式(7)表示電極表面電流與表面電壓的關(guān)系。其中，ia和ic分別表示陽極表面和陰極表面的電流密度，ea和ec分別表示陽極表面和陰極表面的電壓，fa和fc分別表示陽極表面和陰極表面的電壓與電流密度之間的相互關(guān)系；

30、通過反復(fù)求解所有陽極和陰極節(jié)點的電流密度i和電壓e可以得到該方程的解。

31、進一步，在邊界元法的求解過程中，在已知優(yōu)化函數(shù)以及目標電位的情況下，可以通過優(yōu)化函數(shù)的反函數(shù)求得iccp系統(tǒng)的電流輸出值；優(yōu)化算法選用連續(xù)線性規(guī)劃算法。

32、進一步，優(yōu)化船舶iccp系統(tǒng)中輔助陽極輸出電流，在對船舶提供有效防腐保護的同時，最大限度地使船殼水下部分的靜電場最??；此時目標方程可設(shè)定為：

33、

34、公式(8)為使靜電場最大限度地減小所設(shè)置的公式。式中，vtarget表示最終達到的船體的電位值，vkj代表船體邊界各個單元的電位，1＜k＜m，1＜j＜n，即要求使得各單元的電位與目標值差異最小。

35、進一步，船體在海洋中的保護電位一般為-1100mv～-850mv，于是將約束條件設(shè)定為：

36、-1100mv≤vtarget,vkj≤-850mv。

37、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于船體電位的電場閉環(huán)控制方法的基于船體電位的電場閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括：

38、電極化曲線測定模塊，船舶航行前在場地內(nèi)測量材料在不同涂層狀態(tài)下測得的電極化曲線；

39、數(shù)據(jù)采集對比模塊，船舶在航行過程中，通過船舶的傳感器獲取船殼的水下電位及電流密度數(shù)據(jù)，并且通過該數(shù)據(jù)對比得到當前的極化曲線；

40、船體腐蝕模型構(gòu)建模塊，通過插值法求得的s(p)值即為涂層的腐蝕情況，并建立新的船體腐蝕模型；

41、電流輸出值計算模塊，通過數(shù)值方法和尋優(yōu)算法重新計算iccp系統(tǒng)的電流輸出值，使船體電位處于防腐區(qū)間條件下靜電場最小。

42、結(jié)合上述的技術(shù)方案和解決的技術(shù)問題，本發(fā)明所要保護的技術(shù)方案所具備的優(yōu)點及積極效果為：

43、第一、本發(fā)明提出了一種基于船體電位的靜電場閉環(huán)控制方法。對安裝了iccp系統(tǒng)的船舶，建立邊界元模型，優(yōu)化iccp系統(tǒng)輔助陽極的輸出電流。針對船舶在海上航行一段時間后船殼腐蝕改變的情況，根據(jù)船身安放的傳感器節(jié)點測得的船體電位、各陽極的位置與輸出電流的大小以及參比電極的電位等情況，計算得到船殼受到腐蝕的位置與程度，從而建立新的船體模型。盡管該方法所需的計算時間較長，但由于金屬在海水中受到腐蝕是一個緩慢的過程，所以可以預(yù)見本方法能對船舶靜電場進行有效的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的靜電場隱身。

44、第二，本發(fā)明的技術(shù)方案轉(zhuǎn)化后的預(yù)期收益和商業(yè)價值為：本發(fā)明的技術(shù)方案轉(zhuǎn)化后可以減少因無法及時調(diào)整防腐方案導(dǎo)致船體腐蝕受損所造成的經(jīng)濟損失。

45、本發(fā)明的技術(shù)方案解決了人們一直渴望解決、但始終未能獲得成功的技術(shù)難題：本發(fā)明的技術(shù)方案解決了船舶在航行過程中無法判斷防腐涂層的受損情況，以及解決了因防腐涂層受損導(dǎo)致的船體腐蝕情況。