Способ управления движением корабля при развитом морском волнении
Владельцы патента RU 2368536:
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)
Изобретение относится к области судостроения, в частности к системам управления движением судна. В способе используют сигналы угла курса и угловой скорости от датчиков угла курса и угловой скорости, а также от задатчика угла курса, которые суммируют в сумматоре и подают на вход рулевого привода. В процессе выполнения рейса через интервал времени «Т» в блоке установки интервала времени срабатывания реле формируют сигнал, который подают на вход реле для отключения сигналов датчика угла курса, задатчика угла курса и датчика угловой скорости от сумматора и подключения сигнала среднего значения угла перекладки руля из блока среднего значения угла перекладки руля на вход сумматора. Через следующий интервал времени «Δt» сигнал, сформированный в блоке установки интервала срабатывания реле, отключают от реле. Сигналы датчика угла курса, задатчика угла курса и датчика угловой скорости, ранее отключенные от сумматора, подключают вновь, а ранее подключенный сигнал среднего значения угла перекладки руля отключают от входа сумматора. Далее через интервалы времени «Т» и «Δt» описанные выше операции повторяют циклически. Изобретение позволяет снизить загрузку рулевого привода при развитом морском волнении без снижения качества стабилизации, а также повысить безопасность автоматического управления движением судна. 1 ил.
Изобретение относится к области судостроения, в частности к системам управления движением судна.
Известны способы автоматического управления движением судна, стабилизирующие положение подводного корабля в пространстве - «устройство управления движением судна» (патент России RU 2238881), содержащее задатчик угла дифферента, датчик угла дифферента, датчик угловой скорости, датчик положения руля, выходы которых подключены к входам суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом рулевого привода.
В качестве прототипа нами принят способ автоматического управления движением судна (патент России RU 2292289), использующий сигналы датчика и задатчика курса, датчика угловой скорости и датчика положения рулей, сигналы с выходов датчиков подключены к первому-четвертому входам суммирующего усилителя, а суммарный сигнал с выхода последнего поступает на вход рулевого привода.
Недостатком существующих способов автоматического управления движением корабля является перегрузка рулевого привода при сильном волнении на море.
В качестве мер по борьбе с перегрузкой рулевого привода обычно используется введение зоны нечувствительности на входе регулятора. Недостаток такого решения - появление статической ошибки по углу курса.
В предлагаемом нами способе перегрузка рулевого привода при развитом морском волнении устраняется благодаря циклическому управлению движением судна с интервалом «слабого управления». Цикл повторяется с интервалом времени «Т+Δt». В интервале времени «Δt» рулевой привод практически неподвижен, а следовательно, не нагружен. Величина интервала времени «Δt» устанавливается судоводителем в зависимости от волнения моря.
Целью предлагаемого способа управления является:
- снизить загрузку рулевого привода при развитом морском волнении, не снижая существенно качество стабилизации,
- повысить безопасность автоматического управления движением судна.
Рассмотрим как решается поставленная цель.
При включении системы управления движением сигнал, управляющий рулевым приводом, формируется в виде:
где φ, φзд - текущий и заданный курс,
K1, К2 - коэффициенты регулирования. Через каждый интервал времени «Т» на последующем интервале времени «Δt» подключают на вход сумматора сигнал среднего значения угла перекладки руля «δср» (2);
(при этом отключают от входа сумматора сигналы:
- угла курса «φ»,
- заданного значения угла курса «φзд.»,
- угловой скорости судна «ω»).
Через время «Т+Δt» на следующем интервале времени «Т» отключают вновь сигнал «δср.» и подключают на вход сумматора сигналы (см. зависимость (1)):
- угла курса «φ»,
- заданного значения угла курса «φзд.»,
- угловой скорости судна «ω».
Затем через время «Т+Δt+Т» в следующем интервале времени «Δt» отключают от входа сумматора эти три сигнала и подключают сигнал «δср» (см. зависимость (2)) и т.д.
Для иллюстрации работы предложенного способа на чертеже приведена блок-схема системы управления движением корабля при развитом морском волнении.
Система управления движением судна содержит 1, 2 - датчик и задатчик угла курса, 3 - датчик угловой скорости, 4 - блок среднего значения угла перекладки руля, 5 - сумматор, 6 - рулевой привод, 7 - блок установки интервала срабатывания реле «Δt», 8 - реле, 9 - объект управления - корабль.
В качестве датчика 1, задатчика угла курса 2 могут использоваться серийно выпускаемые измерители угла с точностью не ниже 5% (в целях повышения качества работы датчика 1 может использоваться комплексированный датчик курса, на выходе которого вырабатывается оценка угла курса с переменным коэффициентом). Датчик угловой скорости 3 - типовой ДУС-5 с диапазоном измерения 0.05-1.5 град./с. Сумматор 5 может быть реализован на операционном усилителе типа 140УД-6. Рулевой привод 6 - штатный гидравлический либо электрогидравлический. Блок установки интервала срабатывания реле 7 - регулируемое временное программное устройство. Реле 8 - электромагнитное реле с тремя нормально замкнутыми контактами и одним нормально разомкнутым. Возможен вариант реализации всех аналоговых функций с помощью ЭВМ.
Описание работы системы управления движением корабля при сильном волнении.
Система управления движением корабля позволяет при сильном морском волнении существенно снизить загрузку рулевого привода, незначительно снижая качество управления, а следовательно, повысить надежность автоматического управления движением корабля и исключить возможность заклинивания рулевого привода.
При сильном морском волнении в интервале времени «Δt», практически не работающего рулевого привода, продолжается автоматическая стабилизация корабля относительно заданного значения угла курса.
Судоводитель устанавливает величину интервала времени «Δt» в блоке 7 в зависимости от состояния моря.
Система управления при этом начинает функционировать и в течение интервала времени «Т» формирует сигналы управления рулевым приводом:
- с датчика угла курса 1,
- с задатчика угла курса 2,
- с датчика угловой скорости 3
через нормально замкнутые контакты реле 8, которые поступают на вход сумматора 5.
С выхода сумматора 5 в соответствии с зависимостью (1) сигнал заданного значения угла перекладки руля поступает на вход рулевого привода 6, осуществляя таким образом удержание корабля на заданном значении курса.
Когда текущее значение времени достигнет величины «Т», из блока 7 поступает сигнал на срабатывание реле 8, после срабатывания реле 8 три нормально замкнутые группы реле 8 разомкнутся и отключат от входа сумматора 5 сигналы текущей угловой скорости, текущего и заданного значения угла курса, а через нормально разомкнутую группу реле 8 сигнал с блока среднего значения угла перекладки руля 4 подключит на вход сумматора 5. При этом с выхода сумматора, в соответствии с зависимостью (2), поступит на вход рулевого привода сигнал-задание на удержание заданного генерального курса.
Когда величина текущего времени достигнет tтек.=T+Δt, из блока 7 поступит сигнал на отключение реле 8. При этом на выходе сумматора 5 формируется зависимость (1) и рулевой привод начнет в динамике отслеживать генеральный курс корабля до момента времени, когда величина текущего времени достигнет tтек.=T+Δt+T, тогда из блока 7 поступит сигнал на включение реле 8 и т.д.
Проведенное моделирование на специальном стенде по оценке экспертов подтвердило эффективность использования предложенной системы управления движением корабля со сниженной загрузкой рулевого привода при сильном морском волнении.
Способ управления движением корабля при развитом морском волнении с использованием датчика угловой скорости, датчика и задатчика угла курса, рулевого привода и сумматора, на вход которого подают сигналы с датчика угловой скорости, датчика и задатчика угла курса, суммарный управляющий сигнал с выхода сумматора подают на вход рулевого привода, отличающийся тем, что для формирования циклического управления рулевым приводом используют дополнительно блок среднего значения угла перекладки руля, реле и блок установки интервала срабатывания реле, сигнал с выхода которого через интервал времени Т подают на вход реле, при этом размыкают нормально-замкнутые контактные группы в цепях подачи на входы сумматора сигнала угловой скорости с датчика угловой скорости и сигналов угла курса с датчика и задатчика угла курса и замыкают нормально-разомкнутый контакт реле, через который сигнал среднего значения угла перекладки руля вводят на вход сумматора, а сигнал с выхода сумматора подают на вход рулевого привода, через следующий интервал текущего времени Δt сигнал с выхода блока установки интервала срабатывания реле отключают, реле обесточивают, при этом сигналы угловой скорости, угла курса с датчика и задатчика угла курса подают на вход сумматора, а сигнал с выхода блока среднего значения угла перекладки руля от входа сумматора отключают, через следующий интервал времени Т подают сигнал из блока установки интервала срабатывания реле на вход реле и цикл повторяют.
