Судоводительский тренажер

 

Изобретение относится к тренажерной технике, предназначено для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судоводительского тренажера путем моделирования характерных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки. Сущность изобретения заключается в следующем; с пульта 3 обучаемый органами управления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу. В это время в результате взаимодействия контроллеров модели 1 управляемого судна 1 и модели 4 навигационной обстановки блок 8 преобразования вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9. В случае выхода судна за границы судового хода блок сравнения 5, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель 1 управляемого судна и в блок 7 аварийной сигнализации, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель 1 управляемого судна имитирует посадку на мель. 14 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 09 В 9/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) У"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4761428/23 (22) 22,11.89 (46) 07,04.93. Бюл. N 13 (71) Новосибирский институт инженеров водного транспорта (72) В, Н.Андреев, А.Н.Дубровских, В.И.Зайков, Н.И,Лэньков, В.И.Соловьев и А.Н.Флоренсов (73) Новосибирский институт инженеров водного транспорта (56) Авторское свидетельство СССР М

1141442, кл. G 09 В 9/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 978698, кл. G 09 B 9/02, 1981, (54) СУДОВОДИТЕЛЬСКИЙ ТРЕНАЖЕР (57) Изобретение относится к тренажерной технике, предназначено для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судоводительского тренажера путем моделирования характер„„Я2„„1808136 АЗ ных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки. Сущность изобретения заключается в следующем; с пульта 3 обучаемый органами управления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу. B это время в результате взаимодействия контроллеров модели 1 управляемого судна 1 и модели 4 навигационной обстановки блок 8 преобразования вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9. В случае

"выхода" судна за границы судового хода блок сравнения 5, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель 1 управляемого судна и в блок 7 аварийной сигнализации, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель 1 управляемого судна имитирует посадку на мель.

14 ил.

1808136

Изобретение относится к тренажерной технике для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судоводительского тренажера путем моделирования характерных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки.

На фиг.1 изображена стуктурная схема судоводительского тренажера.

На фиг,2 изображена функциональная схема пульта руководителя 2.

На фиг.3 изобра>кена функциональная схема пульта обучаемого 3, На фиг.4 изображена функциональная схема блока аварийной сигнализации 7, На фиг.5 изображена функциональная схема системы визуализации 9, Нэ фиг.6 изображена блок-схема модели навигационной обстановки 4.

На фиг,7,8 изображен алгоритм функционирования модели управляемого обьекта

1.

На фиг.9 изображен алгоритм функционирования модели навигационной обстановки 4, На фиг,10 изображен алгоритм функционирования блока преобразования 8, На фиг.11 изображен алгоритм функционирования контроллера пульта 10, входящего в состав пульта инструктора 2, На фиг.12,13,14 изображены алгоритмы функционирования контроллера 25, входящего в состав системы визуализации 9, Судоводительский тренажер (фиг.1) содержит модель управляемого судна 1, связанную с пультом инструктора 2 и пультом обучаемого 3, модель навигационной обстановки 4, соединенную.с пультом инструктора 2 и моделью управляемого судна 1, блок сравнения 5, первый и второй входы которого подключены к выходам модели управляемого судна 1 и запоминающего устройства

6, а выход соединен с входом модели управляемого судна 1 и входом блока аварийной сигнализации 7, Кроме того. в состав тренажера входят последовательно соединенные блок преобразования 8 и система вулканизации 9, причем вход блока преобразования

8 подключен к выходу модели навигационной обстановки 4, запоминающее устройство 6 соединено с моделью управляемого судна 1, а выход блока аварийной сигнализации 7 подключен к входу пульта обучаемого 3.

Модель управляемого судна 1 реализована контроллером на основе микропроцессора, ее функционирование определяется

20 контроллер пульта 10, дисплей 11 и клавиатуру 12, Пульт инструктора 10 служит для приема от инструктора параметров навигационной обстановки, являющихся переменными (район плавания, направление и скорость ветра, условия видимости), и переменных обьектов с навигационными огнями (подви>кные суда, навигационные знаки).

Функционирование контроллера пульта

10 описывается алгоритмом на фиг.!4.

Пульт обучаемого 3 состоит (фиг.З) из внешних регистров 13, усилителей сигналов

14, индикаторов контрольно-измерительных приборов 15, датчиков положения 16, рукояток органов управления 17, звукового сигнального устройства 18 для выдачи звуковых сигналов и импульсного источника света 19 для указания обучаемому ситуации

"посадка на мель или навал на берег". Индикаторы контрольно-измерительных приборов 15 последовательно соединены через усилители сигналов 14 и внешние регистры с входом пульта обучаемого 3, а рукоятки органов управления 17 через датчики положения 16, усилители сигналов 14 и внешние регистры 13 с выходом пульта обучаемого 3. причем указанные входы и выходы пульта обучаемого 3 составляют общую линию взаимосвязи с моделью управляемого судна 1.

Входы звукового сигнального устройства 18 и импульсного источника света 19 соединены с выходами блока аварийной сигнализации 7.

Блок аварийной сигнализации 7 состоит (фиг.4) из узла запуска 20 для генератора звуковых сигналов 21 и генератора импульсов тока 22, выходы которых соединены с входами звукового сигнального устройства

18 и импульсного источника света 19. Узел запуска 20 при наличии сигнала нэ входе от блока сравнения 5 запускает работу генератора звуковых сигналов 21 и генератора импульсов тока 22.

Блок сравнения 5 выполняет сравнение значения текущей глубиньi места нахождения судна, считываемой из запоминающего алгоритмом, описанным на фиг.7.8. В блоках 10 и 22 этого алгоритма выполняется решение системы дифференциальных уравнений движения судна для ситуаций "на

5 плаву" и "посадки на мель или навал на берег", Решение ведется численным интегрированием с постоянным шагом. Коэффициенты этих уравнений определяются конструктивными характеристиками типа судна, его загруженностью, параметрами навигационной среды (ветром, глубиной, течением) и положением органов управления на пульте обучаемого.

Пульт инструктора 2 содержит (фиг,2) 1808136 устройства 6, с величиной осадки судна, поступающей из модели управляемого судна

1. Если первая величина не больше второй, что соответствует ситуации "посадка на мель или навал на берег", то выдается сигнал на блок аварийной сигнализации 7, поступающий на вход узла запуска 20.

Система визуализации 9 представляет (фиг.5) собой группу проекционных устройств 23 и экран 24, причем все проекционные устройства подключены к общему выходу блока преобразования 8, Проекционное устройство 23 состоит из контроллера 25, каждый из четырех выходов которого через усилитель мощности 26 и соответственно двигатель угла горизонтали 27, двигатель угла вертикали 28, двигатель перемены светофильтров 29 и источник света 30 связаны с проекционным механизмом 31, световой поток от которого отображается на экран 24. Контроллер 25 реализован на однокристальной микроЭВМ. Алгоритм функционирования этого контроллера представлен на фиг,11, в котором CTV обозначает счетчик угла по вертикали, CTG счетчик угла по горизонтали. CTPS счетчик перемены паузы свечения. В качестве счетчиков CTG, CTV, CTPS используются ячейки внутренней памяти указанной однокристальной микроЭВМ, Шаговый двигатель, являющийся реализацией блоков 27.28,29, обозначен на алгоритме ШД, Блок преобразования 8 реализован в виде микропроцессорного контроллера и выполняет распределение визуальных объектов модели навигационной обстановки 4 между проекционными устройствами 23 системы визуализации. Алгоритм функционирования блока преобразования представлен на фиг.10.

Модель навигационной обстановки 4 реализована на аналогичном контроллере с микропроцессорами и может быть представлена эквивалентной блок-схемой, изображенной на фиг.б, и. содержащей дешифратор команд 32. блок местного управления 33, блок расчета 34 и блок хранения текущих параметров навигационной обстановки 35, Выходы дешифратора команд 32 соединены с входами блока местного управления 33, один из выходов которого подключен к блоку расчета 34, соединенного с блоком хранения текущих параметров навигационной обстановки 35. Функционирование модели навигационной обстановки

4 описывается алгоритмом. представленным на фиг.9.

Функционирование судоводительского тренажера в целом определяется работой модели управляемого судна 1 и модели навигационной обстановки 4. Взаимодействие их с остальными частями судоводительского тренажера описывается на основе алгоритмом функционирования следующим

5 образом.

После включения судоводительского тренажера начинают выполняться с помощью модели управляемого судна 1 следу10 ющие действия (фиг,7,8): передача на пульт инструктора 2 сообщения о готовности к работе; прием из пульта инструктора 2 начальных параметров движения судна (координат

15 положения, направления курса, скорости, загрузки судна); ожидание приема из пульта инструктора 2 команды начала процесса обучения; прием из пульта инструктора 2 команды

20 запуска процесса обучения, передача команды запуска процесса обучения в модель навигационной обстановки 4 (МНО). опрос положения органов управления судна из пульта обучаемого 3 (ПО);

25 выборка из запоминающего устройства данных о глубине и течении в месте нахождения судна; передача в модель навигационной обстановки 4 запроса на прием текущих пара30 метров внешней среды: прием из модели навигационной среды

4 данных о ветре, условиях видимости, уровне воды в.реке; проверка сигнала от блока сравнения 5, 35 если сигнал есть, переход к п.22 описания функционирования; расчет параметров движения судна в нормальных условиях путем решения системы дифференциальных уравнений движе40 ния судна: запоминание вычисленных новых коор,динат. направления курса, линейной и угловой скорости судна для использования в следующем цикле расчета;

45 передача на пульт инструктора 2 расчетных параметров движения судна, положения органов управления и режимов работы двигательно-рулевого комплекса; передача на пульт обучаемого 3 показа50 ний контрольно-измерительных приборов; передача в модель навигационной среды 4 координат и курса управляемого судна, выдача в блок сравнения осадки судна: проверка наличия сигнала из блока

55 сравнения 5 (о посадке на мель или навале на берег); если сигнала нет, то переход на п.19: обнуление линейной скорости судна: передача на пульт инструктора 2 сообщения о посадке на мель;

1808136 проверка, была ли получена из пульта инструктора 2 команда конца процесса обучения, если нет, то переход к п.5; сброс показаний приборов на пульте обучаемого 2; 5 передача в модель навигационной обстановки 4 команды конца процесса обучения; передача. сообщения на пульт инструктора 2 о конце работы тренажера и прекра- 10 щения его работы; расчет параметров движения судна в условиях посадки на мель путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений, переход к п,11, 15

Одновременно с моделью управляемоI 0 судна 1 модель навигационной обстановки 4 выполняет циклически следующую последовательность действий, начинаемую 20 после включения судоводительского тренажера (фиг.9): передачу на пульт инструктора 2 сообщения о готовности к работе; прием из пульта инструктора 2 началь- 25 ных параметров внешней среды (направления и скорости ветра, условий видимости, уровня воды в реке); прием данных из пульта инструктора 2 о подви>кных и неподвижных объектов в 30 районе плавания (координаты судов, их курс и скорость), ожидание приема из модели управляемого судна 1(МУС) команды запуска процесса обучения; 35 прием из модели управляемого судна 1 команды запуска процесса обучения; ожидание запроса из модели управляемого судна 1 о внешней среде или команды конца процесса обучения; 40 передачу в модель навигационной среды 1 параметров внешней среды (данных о ветре и уровне воды в реке); расчет местоположения судов, неуправляемых обучаемым. на следующий LUBI рас- 45 четного времени; ожидание приема из модели управляемого судна 1 координат и курса управляемого судна; прием из модели управляемого судна 1 50 координат и курса управляемого судна; расчет угловых координат навигационных огней относительно управляемого судна в горизонтальной и вертикальной плоскостях; 55 выдачу угловых координат и характеристик навигационных огней (цвет, яркость, режим свечения) в блок преобразования 8; проверку запроса на данные о внешней среде. Если запрос есть, то переход на п.7., иначе переход к п.2 для следующего шага выполняемого цикла.

Тренажер работает следующим образом;

B контроллер модели управляемого судна 1 с пульта инструктора 2 вводится обозначение .типа судна, определяющее физические параметры и гидродинамические характеристики математической модели судна, и данные по его загрузке. В контроллер модели навигационной обстановки 4 с пульта инструктора 2 вводятся участок судового хода, определяющий навигационную обстановку, глубину и визуальную картину, метеоусловия (силу и скорость ветра, вол не н ие и т,д.).

С пульта 3 обучаемый органами управ ления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу, В это время в результате взаимодействия контроллеров модели управляемого судна 1 и модели навигационной обстановки 4 блок преобразования 8 вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9. В случае выхода судна за границы судового хода блок 5 сравнения, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель управляемого судна 1 и в блок аварийной сигнализации 7, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель управляемого судна имитирует посадку на мель, Преимущество изобретения закл ючэется в том, что предлагаемый судоводительский тренажер моделирует характерные для речного судовождения нештатные ситуации и транспортные происшествия (посадку на

Мель, навал на берег и т.п,), что позволяет существенно расширить функциональные возможности тренажера.

Формула изобретения

Судоводительский трена>кер, содер>кэщий пульты обучаемого и инструктора, взаимосвязанные с моделью управляемого судна, блок сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами модели управляемого судна и запоминающего устройства, и блок преобразования, отл и ча ющийс я тем, что в него введены модель навигационной обстановки. взаимосвязанная с пультом инструктора и моделью управляемого судна и подключенная к входу блока преобразования, выход которого служит для подключения к системе визуализации, и блок аварийной сигнализации, вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока срав1808136

ФИГ,2. иг,з, нения и входом пульта обучаемого, при этом модель управляемого судна взаимосвязана с запоминающим устройством и подключена к выходу блока сравнения.

1808736 аиг.s.

Начала

007

10 ( к блоку 2 фиг. 1

Передача но ПИ сообщения о готобности к работе

Приемиз IH начальньи парамеп/роб дбижения судна координаты, курс, скорость загруженности судн 7

Ожидание приема из ПР // è äû начала /ь.7оцесса о5учения

Прием из IN омонды запуска процесса обучения, Передача команды запуска процесса ооучения d ЛНО

Опрос положения оргоноб упрабления дРК судна из ПП дыдорка из .УУ данны» о глубине и /печении 11 месте, где наладится судно

1808136 к блоку 1 фиг. 1 к блоку 8 фиг. 1

Прием из мнд данны» о 8empe, услобия» Видимос.

mu уробне бодь/

/7 Å.

У

Вь//7а ф посажена ьа мель

10 Не/77 расчет паромеп/об дбижения судна б нормальны

cd/un»

/решение системь ди/р- урабнений/

3аппминоние нобьа коороцнат, курса, линеинои иуглобои скорости судна для использодания и следующем цикле расчета передача на пп асчЕтныл пароме проб упробления, судна положения органоб улроблен ирежимой робил/ы дик

1808136

180813 о

Ж7Й7Л7

Мю

ПРдеаа//а. ИО Пи

ыЫщения

0 РОююоно ю и краооте

Прием изЛитталья.

//араметро6 ВиешНЕ / Е Рею/:

ЮРтед усляйю Вдимос77и, уродень

АюЬ/ Зр же

Проем аннм юР и Юос7е брайан лла баит /7аддИжиьа И неподбижнык судоо - / РлейIкаардинатю лурс сл Ороют!

Ожидание лриеиа ю П4" команаы людски

ЛРОЦГСаГ

Оф/ /Е/ с/У

Прием из /КЖ команды эалуска РОЛЛ"Ы оГУЮних

Ожидание /7рУРмх

Ж AWE .У 7 ф 70Л7 на аоннБ/Р о сВЫФ ней с е0е ы7и йРй и ко лра.рта оауаеЛУЯ

Переда /а луааме райднешнейсре//Б/: д0нные О РЯДЕ цУРО//не В ды

8 реке

/-аГЧР77 sec/770обожения

Cg0O8 - РУЬУ на апач лен 77 френи 8ne ed /ГРК.

Ожийпние n ve a ю час координат

ЫЗ /ippc47

/!/7робляемэгО

Г яУж7

Прием аз МУС каординот икара лрад//яемого еу мт

Расчет угло8ья кООРаым т АОЯиГОфУ

ОЮВ/хаменеи атнаттдлрабляеиаго щдяа 8гаризант, ийертикальн.

/7,//ОСКОСI77ЯХ сЮ Лгы уг ыйа

КООрдинат и лар УКЩРРиРтй4 агнРй ! цбет, яркогть, реки// chere//mal

6 БЛОК Л)ЗРОЙ Р030Фания

13

Лринй

Я7РКЛ00Я9/Е 0 ДИРШНР

cpede

1808136

Начало

Передача В лроекциониые устройстВа командначальнои устаноВл и

0 юла а

УЗМНО даииыхдля отображения иаЙигациоииыл оеиеи

Ладж аюниы о н0802ационн хОГнях(цВет, яркость, ежим сдечеиия,дглой/е оорЮюатю атиосияельиасудададителя

СраВнение аолучен иьюдаины ооо?нях сданными, лал чениыми блреb 4ЩРМ ЦУКЛР

ИОзначение Аый

ООедеиньж оеиял аЫ7ВЫХ ЮЛ РКйионным истройст

Б

0сбооожаеиие л и а ай"лгВ аЮоо дабщих агни, х

ые оол ые н

Видны

Передача лоиеамы уелобыхмоординаа

О?НЯОЗКООДдУИЯИД нОсшлРльиОсцд03ЬВУПОРВЯ ВЯООЯЮНОЛРЫ

Ол)нОсилМлбнОМ Окю ла рлоекциокном

ЙГРЩ чО ООннюго

КООрбинатО.ГОгИЕи, @УРА, ЯОКОЛЙ/ u ежиме сдечеиия

Втелроекциоины юои т аь . акОторымиот закрел ж жм

1808136

Уача ло быбадна дисллеи той ения о еощоонасти лулыла рукооооил7елл к,аЫоюе

Прием и Выдод на дисллейсооош,ении о готадH0e è olylTраплероб ИуСи МНО

Вьйаднадисллеи слемырой она лладания(очертания оберегай граиииы рардатера, знаки надигаиион. ОйcnrcaoÞû/

Чиение с дисалея

Я аиал0200Ом /?Риме иачОльиих лпрамел7раВ Ыижения упрадляебж720 щЖы7

Передача 8 мыс начальныхаарамещоад ддижения судна/координаты, кирс, cn opocm, л 20,бжР/уна 776 сфю на

Мляюгс ис ЬалогО Вам пароме проб иейсреды (Ветер, услодия 3идимопли, ирайж 30&i Ype

1808136

1808 1 36

1808136

Составитель Л.Ильин

Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор Л.Волкова

Заказ 1401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101