Система управления судовым двигателем

 

Использование: судостроение, в частности системы управления судовыми двигателями. Сущность изобретения: система управления судовыми двигателями. Сущность изобретения: система управления содержит датчик 1 частоты вращения, датчик 2 скорости, задатчик 3 режима, формирователь 4 допусков области оптимальных режимов работы, блок 5 контроля, блок 6 формирования управляющих сигналов, регулятор 7 частоты вращения, топливную рейку дизеля 8. Обобщенный выход задатчика 3 режима соединен с обобщенным входом формирователя 4, а выход датчика 1 соединен с первым входом блока 5 контроля, к второму входу которого подключен выход датчика 2 скорости. К третьему обобщенному входу блока 5 контроля подключен обобщенный выход формирователя 4. Первый и второй выходы блока 5 контроля соединены с первым и вторым входами блока 6, выход которого соединен с входом регулятора 7 частоты вращения, выход которого кинематически связан с топливной рейкой дизеля 8. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к системам автоматического управления режимами работы судовых двигателей.

Известна система автоматического управления судовым двигателем, содержащая микропроцессор, выход которого подключен к входу органа управления дроссельной заслонкой (см. патент ФРГ N 3827884, кл. F 02 D 9/08, 1990).

Недостатком данной системы является "жесткая" настройка на оптимальный режим работы. Она обеспечивает работу двигателя в квазиоптимальной по эффективности (экономичности) области функционирования для данных условий работы (в штатных режимах эксплуатации). При изменении условий работы судна его двигатель начинает функционировать с меньшей эффективностью, т.е. в непроизводительном режиме.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению и выбранной в качестве наиболее близкого аналога является система управления судовым двигателем, содержащая датчик частоты вращения, задатчик режима, блок формирования управляющего сигнала, регулятор частоты вращения, кинематически соединенный с топливной рейкой (см. авт. св. СССР N 1703654, кл. B 63 H 21/22, 1992).

Недостатками данной системы являются: низкая экономичность работы из-за того, что в качестве управляющего сигнала используется обобщающий сигнал по шагу и частоте времени ВРШ. Использование обобщающего сигнала требует выбора весовых коэффициентов таких параметров, как шаг и частота вращения ВРШ. Процедура выбора весовых коэффициентов в настоящее время не формализована, а значения весовых коэффициентов зависят от интуиции и опыта работы оператора (судоводителя или судомеханика); ограниченная сфера применения только для судов, снабженных ВРШ; ограниченная эффективность работы системы из-за неучета скорости хода судна и глубины фарватера.

Техническим результатом изобретения является повышение экономичности работы судового двигателя и судна в целом путем обоснованного выбора частоты вращения в зависимости от хода судна, от типа судна (его осадки, топливно-энергетических характеристик), от условий плавания (глубины фарватера).

Это достигается тем, что в систему управления судовым двигателем, содержащим датчик частоты вращения, задатчик режима, блок формирования управляющего сигнала, регулятор частоты вращения, кинематически соединенный с топливной рейкой, дополнительно введены датчик скорости хода, формирователь допусков области оптимальных режимов работы, блок контроля, при этом первый обобщенный выход задатчика режима соединен с обобщенным входом формирователя допусков области оптимальных режимов работы, выход датчика частоты вращения соединен с первым выходом блока контроля, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости хода, а третий его обобщенный вход соединен с обобщенным выходом формирователя допусков области оптимальных режимов работы, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования управляющего сигнала, выход которого соединен с входом регулятора частоты вращения.

Кроме того, система управления судовым двигателем содержит датчик глубины фарватера, выход которого подключен к входу задатчика режима, второй выход которого подключен к третьему входу блока формирования управляющих сигналов.

На фиг. 1 изображена схема системы управления судовым двигателем; на фиг. 2 схема первого варианта технической реализации задатчика режим, на фиг. 3 схема второго варианта технической реализации задатчика режима; на фиг. 4 схема первого варианта технической реализации формирователя допусков области оптимальных режимов работы; на фиг. 5 схема второго варианта технической реализации формирователя допусков области оптимальных режимов работы; на фиг. 6 схема блока контроля; на фиг. 7 схема блока формирования управляющих сигналов; на фиг. 8 график зависимости v км/час от n об/мин с расположением областей P,G и Q; на фиг. 9 график зависимости Ψ от b; на фиг. 10 - схема управления судовым двигателем с датчиком глубины; на фиг. 11 - блок-схема управляемого источника питания; на фиг. 12 модифицированная схема блока формирования.

На фиг. 1-8 приняты следующие обозначения.

v текущее значение скорости движения судна; P область оптимальных режимов работы двигателя; n₁,n₂,n₃, n₄ значения граничных частот вращения, соответствующих области P; v_кр, v_max значения граничных скоростей (критической и максимальной соответственно) движения судна, соответствующих области P; G область, при нахождении в которой отображающей точки (комбинации значений n, v) необходимо увеличивать n для обеспечения работы ГЭУ в оптимальном режиме; Q область, при нахождении в которой отображающей точки необходимо уменьшать n для обеспечения работы ГЭУ в оптимальном режиме (в области Р); n текущее значение частоты вращения двигателя (дизеля).

Система управления судовым двигателем (фиг. 1) содержит датчик 1 частоты вращения, датчик 2 скорости, задатчик 3 режима, формирователь 4 допусков области оптимальных режимов работы, блок 5 контроля, блок 6 формирования управляющих сигналов, регулятор 7 частоты вращения, топливную рейку 8 дизеля, при этом обобщенный выход задатчика 3 режима соединен с обобщенным входом формирователя 4 допусков области оптимальных режимов работы, выход датчика 1 частоты вращения соединен с первым входом блока 5 контроля, к второму входу которого подключен выход датчика 2 скорости, а к третьему обобщенному входу обобщенный выход формирователя 4 допусков области оптимальных режимов работы, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока 6 формирования управляющих сигналов, выход которого соединен с регулятором 7 частоты вращения, выход которого кинематически связан с топливной рейкой дизеля 8.

I (см. фиг 1) гребная энергетическая установка (ГЭУ) судна.

Если в качестве судового двигателя используется гребная электроэнергетическая установка (ГЭУ), то регулятор 7 частоты вращения может быть выполнен, например, в виде обмотки возбуждения генератора, питающего гребной электродвигатель 8.

При этом под обобщенным выходом (входом) понимается многопроводной выход (вход).

Техническая реализация задатчика 3 режима, формирователя 4 допусков, блока 5 контроля зависит от конфигурации области Р оптимальных режимов работы. Для области Р техническая реализация задатчика режима 3 приведена на фиг. 2, 3, формирователя 4 на фиг. 5, 6, блока 5 контроля на фиг. 7.

Задатчик 3 режима ( см. фиг. 2) содержит шесть источников регулируемого постоянного напряжения 9.1. 9,6, выход источника 9.i (i=1,6) подключен к соответствующему i-му выходу задатчика 3 (цифрой 10 на фиг. 2 обозначена шина "земля").

Выходы источников 8 представляют собой обобщенный выход задатчика 3.

Задатчик 3 ( см. фиг. 3) содержит источник регулируемого постоянного напряжения 11, параллельно выходным шинам которого подключены делители 12.1, 12.6 напряжения, выполненные, например, на потенциометрах, подвижные движки которых соединены с соответствующим выходом задатчика 3. Таким образом, совокупность шести подвижных движков делителей 12 напряжения представляют собой обобщенный выход задатчика 3 режима.

Формирователь 4 допусков области оптимальных режимов работы (см. фиг. 4) содержит шесть аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 13.1,13.6, микропроцессор (микроЭВМ) 14, шесть цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 15.1, 15.6, при этом выходы АЦП 13.1,13.6 соединены соответственно с первого по шестой входами микропроцессора 14, с первого по шестой выходы которого подключены к входам соответствующих ЦАП 15, при этом обобщенным входом формирователя 4 являются соответственно входы АЦП 13.1,13.6, а обобщенным выходом выходы ЦАП 15.1,15.6.

В качестве формирователя 4 может использоваться микроЭВМ с устройством сопряжения с объектом (УСО).

Формирователь 4 допусков области оптимальных режимов работы (фиг. 5) содержит пять сумматоров 16.1,16.5, три элемента умножения 17.1,17.3, три элемента деления 18.1, 18.2, 18.3, два инвертора 19.1, 19.2, при этом выход сумматора 16.1 соединен с первым входом элемента деления 18.1, выход которого подключен к первому входу элемента умножения 17.1, выход которого соединен с входом инвертора 19.1, выход сумматора 17.2 подключен к первому входу элемента деления 18.2, выход которого соединен с первым входом элемента умножения 17.2, к выходу которого подключен вход инвертора 19.2, выход сумматора 16.4 соединен с первым входом элемента деления 18.3, второй вход которого связан с выходом сумматора 16.3, а выход с первым входом элемента умножения 17.3, выход которого подключен к первому (вычитающему) входу сумматора 16.5.

Обобщенный вход формирователя 4 содержит шесть однопроводных входов, при этом первым однопроводным входом формирователя 4 является объединенные второй вход элемента умножения 17.1 и первый (вычитающий) вход сумматора 16.2, вторым объединенные второй (суммирующий) вход сумматора 16.1, первый (вычитающий) вход сумматора 16.3 и второй вход элемента умножения 17.2 и первый (вычитающий) вход сумматора 16.2, четвертым объединенные вторые (суммирующие) входы сумматора 16.2 и 16.3, пятый объединенные второй вход элемента деления 18.1, первый (вычитающий) вход сумматора 16.4 и второй (суммирующий) вход сумматора 16.5, шестым объединенные второй вход элемента деления 18.2 и второй (суммирующий) вход сумматора 16.4.

Обобщенный выход формирователя 4 содержит шесть однопроводных выходов, при этом первым однопроводным выходом является выход инвертора 19.1, вторым
выход элемента деления 18.1, третьим выход сумматора 16.5, четвертым выход элемента деления 18.3, пятым выход инвертора 19.2, шестым выход элемента деления 18.2.

Таким образом, обобщенный вход формирователя 4 (фиг. 4.5) содержит шесть однопроводных входов, а обобщенный выход шесть однопроводных выходов.

Блок 5 контроля (см. фиг. 6) содержит три элемента умножения 20, три сумматора 21, при вентиля (диода) 22 и элемент ИЛИ 23, при этом выход элемента умножения 20.1 соединен с первым (вычитающим) входом сумматора 21.1, выход элемента умножения 20.2 соединен с первым (вычитающим) входом сумматора 21.2, выход элемента умножения 20.3 соединен с первым (суммирующим) входом сумматора 21.3, выходы сумматоров 21.1, 21.2, 21.3 соединены соответственно с анодами вентилей (диодов) 22.1, 22.2, 22.3, катоды вентилей 22.1, 22.2 соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 23, при этом первым входом блока 5 является второй (вычитающий) вход сумматора 21.1, вторым первый вход элемента умножения 20.1, третьим второй (вычитающий) вход сумматора 21.2, четвертым первый вход элемента умножения 20.2, пятым второй (суммирующий) вход сумматора 21.3, шестым первый вход элемента умножения 20.3, седьмым объединенные вторые входы элементов умножения 20.1, 20.2, 20.3, восьмым объединенные третий (суммирующий) вход сумматора 21.1, третий (суммирующий) вход сумматора 21.2 и третий (вычитающий) вход сумматора 21.3, а первым входом выход элемента ИЛИ 23, вторым катод вентиля 22.3.

В блоке контроля 5 (см. фиг. 6) с первого по шестой однопроводные входы представляют собой его третий обобщенный вход.

Блок формирования управляющих сигналов 6 (см. фиг. 7) содержит источник регулируемого напряжения 14 (в частном случае источник постоянного тока) и сумматор 25, выход источника 24 соединен с первым (суммирующим) входом сумматора 25, при этом первым входом блока формирования 6 является второй (суммирующий) вход сумматора 25, вторым третий (вычитающий) вход сумматора 25, а выходом выход сумматора 25.

В качестве элемента 23 используется элемент ИЛИ для аналоговых (непрерывных) величин.

Система управления судовым электродвигателем (фиг. 10) дополнительно содержит датчик глубины фарватера 26, выход которого соединен со входом задатчика режима 3, второй выход которого подключен к третьему входу блока формирования управляющих сигналов 6.

Задатчик режима 3 (см. фиг. 11) содержит шесть регулируемых источников питания 9.1,9.6, микропроцессор 27, семь ЦАП 28.1,28.7. С первого по шестой выходы микропроцессора 27 соединены соответственно с входами соответствующих ЦАП 28.1,28.6, выходы которых подключены к входам управления источников питания 9.1,9.6 соответственно. При этом входом задатчика режима 3 является вход микропроцессора 27, выходы шести источников питания 9.1,9.6 представляют собой первый обобщенный выход задатчика режима 3, второй выход которого представляет собой выход ЦАП 28.7.

Шина "земля" 10 на фиг. 3 не показана.

На входе микропроцессора 27 может быть поставлен АЦП (если микропроцессор не имеет встроенного АЦП).

Блок формирования 6 (см. фиг. 10) отличается от блока 6 (см. фиг. 7) тем, что управляющий вход регулируемого источника питания 24 соединен с третьим входом блока формирования 6.

Возможно непосредственное подключение выхода датчика 26 к входам управления источников питания 9.1,9.6 (см. фиг. 2) и источника 24 (см. фиг. 7).

Система управления (см. фиг. 1) работает следующим образом.

В блоке формирования 6 (см. фиг. 7) устанавливают выходное напряжение u₂₄ источника 24, пропорциональное номинальному значению частоты вращения n_н, лежащей внутри области P, соответствующей определенному типу судна (его осадке и скорости) и определенному участку судового хода (глубине фарватера). По данным о типе судна и судовой обстановке определяются (или заранее рассчитываются) величины n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, v_max (cм. фиг. 8). Выходное напряжение источника 24 подается на первый (суммирующий) вход сумматора 25. Выходной сигнал сумматора 25 поступает на вход регулятора частоты вращения 7, который перемещает рейку топливного насоса 8 дизеля до тех пор, пока частота вращения n не будет соответствовать n_н (n n_н).

Датчик частоты вращения 1 измеряет текущее значение частоты вращения n дизеля, датчик скорости 2 (например, лаг) скорость судна v. Выходные сигналы датчиков 1, 2, пропорциональные соответственно n, v, подаются на седьмой и восьмой входы блока 5 контроля.

По заранее известной информации об области P задатчик 3 режима формирует ее граничные параметры n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, v_max.

В задатчике режима 3 (см. фиг. 2) устанавливают выходные напряжения источников регулируемого постоянного напряжения 9.1,9.6, пропорциональные соответственно величинам n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, v_max (см. фиг. 8), т.е. где u_i (i 1,6) выходное напряжение i-го источника 9. i, и подают их соответственно с первого по шестой входы формирователя 4 линейно-завиcимых допусков области допустимых режимов работы.

Второй вариант технической реализации задатчика 3 (см. фиг. 3) предусматривает использования одного источника регулируемого постоянного напряжения 11, выходное напряжение которого u ≡ v ≥ v_max или u ≡ n ≥ n_max (в нормированных координатах), где n_max максимальное значение частоты вращения. При помощи движков устанавливают на потенциометрах (переменных сопротивлениях 12.1,12.6, напряжения u₁, u₂, u₆ соответственно. При этом u₁≡ n₁, u₂≡ n₂ u₃≡ n₃, u₄≡ n₄, u₅≡ v_кр, u₆≡ v_max. Cигналы с движков потенциометров 12.1, 12.6, пропорциональные соответственно n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, v_max, подаются с первого по шестой входы формирователя 4 допусков области оптимальных режимов работы ГЭУ.

Формирователь 4 допусков области оптимальных режимов работы предназначен для технической реализации коэффициентов уравнений прямых, ограничивающих область P (cм. фиг. 8). Формирователь 4 может быть выполнен на базе микроЭВМ или на базе микропроцессора (см. фиг.4) или с использованием элементов аналоговой техники (см. фиг.5).

В формирователе 4 (фиг.4) сигналы с первого по шестой выходы задатчика режима 3 подаются соответственно на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 13.1,13.6, выходные сигналы которых представляют собой коды значений n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, v_max. Сигналы с выходов АЦП 13.1,13.6 подаются на соответствующие входы микроЭВМ (микропроцессор) 14, которая по определенной программе вычисляет величины a₁= V_кр / (n₂-n₁), b₁ -a₁n₁, b₂V_кр-a₂n₂, a₂
(V_max-V_кр)/(n₄-n₂), a₃ u_max/(n₄ -n₃), b₃=-n₃a₃ (см. фиг. 8). Сигналы с первого по шестой выходы микроЭВМ 14, пропорциональные кодам b₁, a₁, b₂, a₂, b ₃, a₃ подаются соответственно на входы цифроаналоговых преобразователей (АЦП) 15.1,15.6, выходные сигналы которых представляют собой сигналы постоянного напряжения. Выходные сигналы АЦП 15.1,15.6 подаются соответственно с первого по шестой выходы формирователя 4.

Формирователь 4 допусков области оптимальных режимов работы (cм. фиг.5) работает следующим образом.

Сигналы с первого по шестой выходы задатчика 3, пропорциональные n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, V_max, подаются соответственно с первого по шестой входы формирователя 4 (см. фиг.4), в котором сигнал n₁ подается на первой (вычитающий) вход сумматора 16.1 и на второй вход элемента умножения 17.1, сигнал n₂ на второй (суммирующий) вход сумматора 16.1, на первой (вычитывающий) вход сумматора 16.3 и на второй вход элемента умножения 17.3, сигнал n₃ на первый (вычитающий) вход сумматора 16.2 и на второй вход элемента умножения 17.2, сигнал n₄ на вторые (суммирующие входы сумматоров 16.2, 16.3, сигнал v_кр на первый (вычитающий) вход сумматора 16.4, на второй (суммирующий) вход сумматора 16.5 и на второй вход элемента деления 18.1, сигнал n_max на второй (суммирующий) вход сумматора 16.4 и на второй вход элемента деления 18.2.

Выходной сигнал сумматора 16.1 равен величине х ₁=(n₂-n₁), где n₁ сигнал на первом (вычитающем) входе сумматора 16.1, n₂ сигнал на его втором (суммирующем) входе. Выходной сигнал x₁ сумматор 16.1 подается на первый вход элемента деления 18.1, на второй вход которого подается сигнал v_кр с пятого входа формирователя 4. Выходной сигнал элемента деления 18.1.

a₁=v_кр/x₁ v_кр/(n₂-n₁)
подается на второй выход формирователя 4 и на первый вход элемента умножения 17.1, на второй вход которого подается сигнал n₁ с первого входа формирователя 4. Выходной сигнал элемента умножения 17.1 z ₁=a₁n₁ подается на вход инвертора 19.1, выходной сигнал которого b₁=-z₁=-a₁n ₁ подается на первый выход формирователя 4.

Выходной сигнал сумматора 16.2 равен величине x ₂=(n₄-n₃), где сигнал n₃ подается с третьего входа формирователя 4 на первый (вычитающий) вход сумматора 16.2, сигнал n ₄ подается с четвертого входа формирователя на второй (суммирующий) вход сумматора 16.2. Выходной сигнал сумматора 16.2 х₂ подается на первый вход элемента деления 18.2, на второй вход которого с шестого входа формирователя 4 подается сигнал v_max. Выходной сигнал элемента деления 18.2 a₃= v_max/x₂= v_max(n₄-n₃) подается на шестой выход формирователя 4 и на первый вход элемента умножения 17.2, на второй вход которого подается сигнал n₃ с третьего входа формирователя 4. Выходной сигнал элемента умножения 17.2 z₂ a₃n₃ подается на вход инвертора 19.2, выходной сигнал которого b₃ -z₂= -a₃n₃ подается на пятый выход формирователя 4.

Выходной сигнал сумматора 16.3 x₃ (n₄ n₁), где n₂ сигнал со второго входа формирователя 4, который подается на первый (вычитающий) вход сумматора 16.3, n₄ сигнал с четвертого входа формирователя 4, который подается на второй (суммирующий) вход сумматора 16.3. Выходной сигнал сумматора 16.3 x₃ подается на второй вход элемента деления 18.3, на первый вход которого подается сигнал x₄ с выхода сумматора 16.4. Сигнал x₄ (v_max v_кр), где v_кр сигнал с пятого входа формирователя 4, который подается на первый (вычитающий) вход 16.4, v_max сигнал с шестого входа формирователя 4, который подается на второй (суммирующий) вход сумматора 16.4. Выходной сигнал элемента деления 18.3 a₂ x₄/x₃ (v_max - v_кр)/(n₄ n₂) подается на четвертый выход формирователя 4 и на первый вход элемента умножения 17.3, на второй вход которого подается с второго входа формирователя 4 сигнал n₂. Выходной сигнал элемента деления 17.3 z₃ a₂n₂ подается на первый (вычитающий) вход сумматора 16.5, на второй (суммирующий) вход которого подается с пятого входа формирователя 4 сигнал v_кр. Выходной сигнал сумматора 16.5 x₅ b₂ (v_кр a₂n₂) подается на третий выход формирователя 4.

Сигналы с первого по шестой выходы формирователя 4, пропорциональные соответственно b₁, a₁, b₂, a₂, b₃, a₃, подаются соответственно с первого по шестой входы блока 5 контроля, на седьмой вход которого подается сигнал n с выхода датчика частоты вращения 1, на восьмой сигнал v с выхода датчика скорости 2 (фиг. 1).

Блок 5 контроля предназначен для контроля нахождения текущих значений n, v в области P и выработки сигналов управления, если отображающая точка (комбинации определенных значений n, v) находятся вне области P.

В блоке 5 контроля (см. фиг. 6) сигнал a₁ с второго входа блока 5 и сигнал n с седьмого входа блока 5 подаются соответственно на первый и второй входы элемента умножения 20.1, выходной сигнал которого γ₁= a₁n подается на первый (вычитающий) вход сумматора 21.2, на второй (вычитающий) вход второго подается с первого входа блока 5 сигнал b₁ на третий (суммирующий) сигнал v с восьмого входа блока 5. Выходной сигнал сумматора 21.1 y₁ (-a₁n b₁ + v) выпрямляется вентилем 22.1, выходной сигнал которого y₁≥0 подается на первый вход элемента ИЛИ 23.

Сигнал a₂ с четвертого входа блока 5 и сигнал n с седьмого входа блока 5 подаются соответственно на первый и второй входы элемента умножения 20.2, выходной сигнал которого γ₂= a₂n подается на первый (вычитающий) вход сумматора 21.2, на второй (вычитающий) вход которого подается сигнал b₂ с третьего входа блока 5, а на третий (суммирующий) вход сигнал v с восьмого входа блока 5. Выходной сигнал сумматора 21.2 y₂ (-a₂n - b₂ + v) выпрямляется вентилем 22.2, выходной сигнал которого y₂≥0 подается на второй вход элемента ИЛИ 23.

Сигнал a₃ с шестого входа блока 5 и сигнал n с седьмого входа блока 5 подаются соответственно на первый и второй входы элемента умножения 20.3, выходной сигнал которого γ₃= a₃n подается на первый (суммирующий) вход сумматора 21.3, на второй (суммирующий) вход которого с пятого входа блока 5 подается сигнал b₃, на третий (вычитающий) вход сигнал v с восьмого входа блока 5. Выходной сигнал сумматора 21.3 y₃ (-v + a₃n + b₃) выпрямляется вентилем 22.3. Выходной сигнал вентиля 22.3 α₂= (y₃≥ 0) подается на второй выход блока 5, на первый выход подается сигнал с выхода элемента ИЛИ 23.

Если появляется сигнал α₁ с выхода элемента ИЛИ 23 (y₁≥0 или y₂≥0), это означает, что отображающая точка (комбинация значений n, v) находится слева от области P (в области G). При этом необходимо увеличить частоту вращения n двигателя, чтобы отображающая точка вошла в область P.

Если появляется сигнал α₂ на выходе вентиля 22.3, это означает, что отображающая точка находится справа от области P (в области Q). При этом необходимо уменьшить частоту вращения n двигателя, чтобы отображающая точка попала в область P.

Если выходные сигналы y₁<0, y₂<0, y₃<0, то отображающая точка находится в области P. Частоту n изменять не надо.

Сигналы с первого и второго выходов блока 5 подаются соответственно на первый и второй входы блока формирования управляющих сигналов 6.

В блоке формирования 6 данные сигналы подаются соответственно на второй (суммирующий) или на третий (вычитающий) входы сумматора 25. Если появляется сигнал на первом входе блока 6, это означает, что отображающая точка находится в области G. При этом y₁ ≥0 и(или) y₂ ≥0. Выходной сигнал элемента ИЛИ 23 α₁ (cм. фиг. 5) подается на второй (суммирующий) вход сумматора 25. Выходной сигнал сумматора 25 β = u₂₄+α₁> u₂₄ Увеличиение выходного напряжения сумматора 25 блока 6 приводит к увеличению входного сигнала регулятора частоты вращения 7, который будет изменять положение топливной рейки дизеля 8 с целью увеличения его частоты вращения. Увеличение n приводит к перемещению отображающей точки из области G в область P. При этом α₁=0.

Если появится сигнал α₂ на втором входе блока формирования 6, то это означает, что отображающая точка находится в области Q (см. фиг.8). Сигнал α₂ подается на третий (вычитающий) вход сумматора 25, выходной сигнал которого β = u₂₄-α₂< u₂₄
Уменьшение выходного сигнала блока 5 приводит к уменьшению входного сигнала регулятора 7, который будет изменять положение топливной рейки насоса дизеля 8 в сторону уменьшения его частоты вращения n. Уменьшение n приводит к перемещению отображающей точки из области G в область P. В области Pα₂= 0 (в частности u₂₄ может быть равен нулю.).

Если на судне используется гребная электроустановка (ГЭУ), что в качестве регулятора частоты вращения 7 может применяться обмотка возбуждения генератора, питающего гребной электродвигатель 8. Изменение выходного сигнала блока 6 будет приводить к изменению напряжения, например, на обмотке возбуждения 7, что приводит соответственно к изменению частоты вращения n гребного электродвигателя 8.

При отклонении технического состояния узлов и блоков ГЭУ от номинальных значений (например, при износе подвижных деталей двигателя, износе топливной аппаратуры), а также при отклонении условий эксплуатации от номинальных значений (например, температуры окружающей среды, атмосферного давления) варьируют конфигурацию и (или) место расположения области P путем изменения выходных сигналов источников напряжения 9 (см. фиг.2) или источника 11 (см. фиг.3) в задатчике режима 3 для уменьшения общей мощности, снимаемой с двигателя, предупреждения его перегрузку, что повышает его надежность и (или) срок службы.

В общем случае граница области P (см. фиг.8) может быть аппроксимирована уравнениями второго и (или) большего порядка. При этом изменится техническая реализация формирователя допусков 4, схема которого приведена на фиг.5. В формирователе допусков 4, схема которого приведена на фиг.4, изменится программа работы микропроцессора (микроЭВМ) 14.

Принцип работы системы управления судовым двигателем при этом не изменится.

Для исключения колебательного режима работы системы, когда отображающая точка (комбинация определенных значений n, v) находится на границе P, регулятор частоты вращения 7 может быть выполнен в виде генератора ступенчатых сигналов (см. фиг.9). При этом небольшие изменения сигнала β на ±Db не приводят к изменению выходного сигнала j регулятора частоты вращения и соответственно не приводят к изменению положения рейки топливного насоса 8 или при использовании ГЭУ к изменению частоты вращения гребного электродвигателя. Указанная выше задача может быть также решена выполнением сумматора 25 (см. фиг.7) в виде сумматора со ступенчатой выходной характеристикой.

Система управления (см. фиг.10) работает аналогично системе, приведенной на фиг.1. Отличие заключается в том, что сигнал о фактической глубине фарватера с выхода датчика 26 подается на вход задатчика режима 3, в котором данный сигнал подается на вход микропроцессора 27 (см. фиг.3). Микропроцессор 27 по определенной программе вырабатывает управляющие сигналы, которые подаются на входы ЦАП 28.1,28.7. ЦАП 28 преобразуют выходные сигналы микропроцессора 27 в аналоговый сигнал, которые подаются на управляющие входы источника питания 9.1,9.6, которые будут изменять значения величин n₁, n₂, n₃, n₄, v_кр, v_max в зависимости от глубины фарватера H. Изменение данных величин означает изменение положения области P.

Выходной сигнал с второго выхода задатчика режима 3 подается на третий вход блока формирования 6, в котором данный сигнал подается на управляющий вход источника питания 24 (см. фиг.12). При этом выходной сигнал источника 24 u₂₄ будет соответствовать новому значению номинальной частоты n_н, лежащей внутри новой области P.

В дальнейшем работа системы управления (cм. фиг.10) не отличается от работы системы, приведенной на фиг.1.

Если источники питания 9.1,9.6 (см. фиг.2) и источник питания 24 (см. фиг. 7) имеют специальные органы управления, например СИФУ, то выходной сигнал датчика 26 подается непосредственно на входы управления СИФУ. В дальнейшем работа системы управления не изменяется.

Формула изобретения

1. Система управления судовым двигателем, содержащая датчик частоты вращения, задатчик режима, блок формирования управляющего сигнала, регулятор частоты вращения, кинематически соединенный с топливной рейкой, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком скорости хода, формирователем допусков области оптимальных режимов работы, блоком контроля, при этом первый обобщенный выход задатчика режима соединен с обобщенным входом формирователя допусков области оптимальных режимов работы, выход датчика частоты вращения соединен с первым входом блока контроля, второй вход которого соединен с выходом датчика скорости хода, а третий его обобщенный вход соединен с обобщенным выходом формирователя допусков области оптимальных режимов работы, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования управляющего сигнала, выход которого соединен с входом регулятора частоты вращения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком глубины фарватера, выход которого соединен с входом задатчика режима, второй выход которого соединен с третьим входом блока формирования управляющих сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12