Способ координированного маневрирования судна

Изобретение относится к технике управления движением судов и может быть использовано, в частности, для обеспечения режимов плавания судов класса «река-море» в специфических условиях внутренних водных путей и прибрежных районов морей при управлении курсом и скоростью хода при прохождении узкостей и фарватеров с использованием вертикальных рулей (ВР) и пропульсивного комплекса (ПК), ограниченного навигационного комплекса в составе лага, указателей скорости поворота судна и приемоиндикаторов для определения местоположения судна. При осуществлении способа обрабатывают сигналы рассогласования бокового сноса судна, значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории, рассогласования скорости хода судна, рассогласования курса, сигналы перехода в режим перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности, перехода в режим перекладки руля в диаметральную плоскость и формируют на их основе сигнал управления ВР по минимизации рассогласования курса и бокового сноса. В режиме перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности при минимизации рассогласования угловой скорости поворота судна сигнал управления ВР подают на первый вход блока локальной системы управления ВР (ЛСУ ВР), на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи угла перекладки ВР, а выходной сигнал системы ЛСУ ВР подают на блок судового исполнительного привода ВР, связанного с датчиком угла перекладки ВР. В блоке управления ПК путем обработки сигнала рассогласования скорости хода судна формируют сигнал управления скоростью судна, подают его на первый вход блока локальной системы управления ПК (ЛСУ ПК), на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК, а выходной сигнал системы ЛСУ ПК подают в блок судового исполнительного привода ПК, связанного с датчиком оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК. При этом осуществляют визуальный контроль скорости поворота по указателю скорости поворота. Изобретение обеспечивает управление курсом и скоростью хода с соблюдением заданных ограничений на параметры маневрирования. 4 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к способам управления движением судов и может быть использовано, в частности, для обеспечения режимов плавания судов класса «река-море» в специфических условиях внутренних водных путей и прибрежных районов морей при управлении курсом и скоростью хода при прохождении узкостей и фарватеров с использованием технических средств движения (ТСД) - вертикальных рулей (BP) и пропульсивного комплекса (ПК), ограниченного навигационного комплекса в составе лага (ЛАГ), указателей скорости поворота (УСП) судна и приемоиндикаторов (ПИ) для определения местоположения судна.

Известен «Способ швартовки судна» (Патент России №2330789, МПК В63Н 25/04, 2006). В способе используют датчики местоположения (спутниковая навигационная система), УСП (датчик угловой скорости).

Недостаток способа заключается в отсутствии возможности проведения координации использования судовых ТСД при заданных требованиях и параметрах маневрирования судна при прохождении узкостей и фарватеров внутренних водных путей и в прибрежных районах морей.

Известен «Способ управления судном без хода» (авт. св. СССР №766958, МПК В63Н 25/04, 1980), с измерением продольного и поперечного смещения судна.

Недостаток способа заключается в невозможности применения судовых ТСД для обеспечения координированного управления BP и ПК при ограничениях на изменение заданной дистанции безопасного маневрирования судна.

В качестве прототипа принята Система автоматического управления (САУ) траекторией судна (Гусаковский А.В., Ракитин В.Д., Соляков О.В., Яцук Ю.В. Математическое моделирование работы системы автоматического управления движением судна) // Морская радиоэлектроника, №4(26). 2008, стр.14-16), в которой формирование закона управления BP требует ряда вычисленных значений переменных, наиболее важными из которых являются текущее поперечное смещение судна от траектории, интеграл этого смещения, текущий курс и интеграл курса. При этом в процессе моделирования математической модели диаграммы управляемости судна по измерениям угловой скорости поворота судна производится отсчет требуемого угла перекладки руля.

Способы-аналоги и прототип не обеспечивают управлении курсом и скоростью хода с соблюдением заданных ограничений на параметры маневрирования, что приводит к сложностям в управлении судном при прохождении узкостей и фарватеров.

В предлагаемом способе отмеченные выше недостатки устраняются благодаря:

- использованию массива координат точек изменения направления (поворота) на фарватере заданной траектории движения судна;

- использованию массива координат точки разворота по курсу при выходе судна на новое направление движения;

- определению необходимого значения дистанции на текущем направлении движения судна до точки разворота по курсу;

- определению необходимого расстояния от точки разворота судна по курсу до точки поворота на заданную траекторию движения;

- заданию допустимого отклонения (бокового сноса) судна от траектории движения и ограниченного значения угловой скорости разворота судна по курсу при прохождении точек поворота;

- вычислению текущего значения курса (направления) движения судна при одновременном использовании данных от ЛАГ, УСП, ПИ_Н, ПИкр навигационного комплекса;

- координированному управлению BP и ПК в следящем режиме дистанционного автоматизированного управления при ограничениях в системе управления движением (СУД) на изменение заданной дистанции безопасного маневрирования судна при прохождении узкостей и фарватеров внутренних водных путей и в прибрежных районах морей.

Способ реализуется с использованием:

- блока навигационного обеспечения (УСП, ПИ_Н, ПИкр, ЛАГ);

- вычислителя сигналов маневрирования (ВСМ) СУД;

- блока дистанционного автоматизированного управления (БАУ);

- блоков управления BP и ПК;

- локальных систем управления (ЛСУ) BP и ПК с датчиками обратной связи;

- блоков судовых исполнительных приводов для перевода BP и ПК в «следящий» режим работы с целью координированного управления маневрированием судна при траекторном движении.

Задачей предлагаемого способа координированного маневрирования судна является повышение качества управления и безопасности плавания судов класса «река-море» в специфических условиях внутренних водных путей и прибрежных районов морей при управлении курсом и скоростью хода при прохождении узкостей и фарватеров с заданными ограничениями на параметры маневрирования.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг.1. Траекторное маневрирование судна;

Фиг.2. Схема отклонений судна от заданной траектории движения;

Фиг.3. Структурно-функциональная блок - схема управления BP, ПК судна;

Фиг.4 Фрагмент процесса траекторного маневрирования судна на маршруте движения.

На фиг.1 показано изменение процесса траекторного маневрирования судна со скоростью хода V_0c в процессе прохождения заданной точки поворота В с траекторией ОВ на новую траекторию ВС, координаты которых заданы в неподвижной (земной) системе координат XOY и характеризуются значениями путевых углов а₀, а₁

На фиг.1 использованы обозначения:

- а₀, а₁ - соответственно заданное значение путевого угла на траекториях ОВ и ВС;

- Voc - скорость хода, заданная для прохождения судна по фарватеру ОВС;

- Sk(t) - текущее значение дистанции от точки К до точки А разворота судна по курсу;

- z₀ - заданное значение угловой скорости разворота судна по курсу при прохождении точки поворота В;

- X_B, Y_B - текущие координаты точки поворота В;

- O₁ - мгновенный центр разворота судна по курсу;

- Х_А, Y_A, X_C, Y_C - значения координат точек А начала и С окончания разворота судна по курсу, рассчитываемые при движении по траектории ОВ;

- R - радиус циркуляционного движения судна по дуге окружности АС.

На фиг.3 использованы обозначения:

1 - блок навигационного обеспечения, содержащий:

УСП - указатель скорости поворота;

ПИ_н - блок данных носового приемоиндикатора;

ПИкр - блок данных кормового приемоиндикатора;

ЛАГ;

2 - блок формирования управляющих сигналов, содержащий:

3 - вычислитель сигналов маневрирования (ВСМ);

4 - блок автоматизированного управления (БАУ).

5 - блок координированного управления судном, содержащий:

6 - блок управления вертикальными рулями (БУВР);

7 - локальная система управления вертикальными рулями (ЛСУ BP);

8 - привод вертикальных рулей;

9 - датчик угла перекладки вертикальных рулей (ДВР);

10 - блок управления пропульсивным комплексом ПК;

11 - локальная система управления пропульсивным комплексом (ЛСУ ПК);

12 - привод пропульсивного комплекса;

13 - ДПК - датчик оборотов гребных винтов;

14 - судно.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

До начала процесса маневрирования при прохождении судном заданной точки поворота В устанавливают в блоке (ВСМ) 3 СУД необходимые (заданные) значения контролируемых параметров движения с использованием данных: УСП - в части изменения допустимой угловой скорости разворота по курсу; показаний ЛАГа - в части скорости хода; данных носового ПИ_Н и кормового ПИкр - в части координат точки поворота с текущей на новую траекторию движения.

Принимая текущие значения параметров движения при управлении BP и ПК на маневре по курсу, равными заданным

находят значение радиуса R из выражения

Расстояние B_O1 от точки поворота В до мгновенного центра вращения O₁ рассчитывают по выражению

Описание способа координированного маневрирования судна (последовательность операций).

В отличие от известных способов реализация предложенного способа производится в определенной последовательности формирования режимов работы судовых ТСД, в качестве которых используют BP и ПК, управляемые СУД как только начинается движение судна (фиг.1) по траектории ОВ.

Определение необходимых дополнительных параметров для формирования в СУД алгоритмов при решении задачи обеспечения процессов управляемого маневрирования и высокоточного движения судна на траектории производят следующим образом.

1. В блоке вычислителя сигналов маневрирования (ВСМ) СУД определяют текущее значение дистанции Sk(t) до точки А разворота по курсу (фиг.1) из выражения

где Xk(t), Yk(t) - текущие координаты местоположения судна на k-той траектории по данным приемоиндикаторов ПИН и ПИкр блока навигационного обеспечения при движении судна к точке А.

1.1. Неизвестные значения координат Х_А, Y_A точки А в уравнении (4) определяют следующим образом.

Общая схема прохождения судном заданной точки поворота В на фарватере по заданной траектории движения ВС согласно фиг.1 характеризуется многоугольником ABC_O1 в котором траекторный угол O_A1C при вершине O₁ определяется соотношением

Используя (5), из прямоугольного треугольника BAOl при подстановке (2) находят значение промежуточной переменной

1.2. Для определения значений Х_А, Y_A строят треугольник ABE, из которого, используя (6), находят соотношения

1.3. Оценивая взаимное расположение на фиг.1 точек А и В по координатам, формируют выражения

Х_А=X_B-BE; Y_A=Y_B-АЕ

и при подстановке соотношений (7), (8) определяют значения искомых Х_А, Y_A

1.4. Значения координат X_A, Y_A по выражениям (9), (10) подставляют в уравнение (4) и получают при изменении местоположения судна в процессе его движения до точки А разворота по курсу данные для формирования в СУД алгоритма контроля текущей дистанции Sk(t), в процессе которого определяют в блоке вычислителя сигналов маневрирования (ВСМ) СУД время t_п переключения режима движения судна по текущей траектории на режим прохождения точки поворота X_B, YB на новую траекторию.

2. Используя данные приемоиндикаторов ПИ_Н и ПИкр местоположения судна на (k+1)-вой траектории движения, то есть для фиг.1 это движение по траектории ВС, текущее значение дистанции Sk+1(t) до точки С окончания управления разворотом по курсу определяют в блоке ВСМ 3 СУД из выражения

где X_k+1(_t), Y_k+1(_t) - текущие координаты судна на новой траектории движения ВС.

2.1. Неизвестные значения координат X_C, Yc точки С в уравнении (11) находят следующим образом.

Согласно фиг.1 строят прямоугольный треугольник BDC, из которого определяют соотношения

2.2. Тогда из очевидного равенства (фиг.1) ВС=АВ после подстановки (6) в (12), (13) и при учете соотношений

X_C=X_B+BD; Y_C=Y_B+DC

получают

2.3. Значения координат X_C, Y_C по выражениям (14), (15) подставляют в уравнение (11) и получают данные для формирования в СУД алгоритма контроля текущей дистанции S_k+1(t) при изменении местоположения судна в процессе его движения по дуге окружности АС и выхода в точку С, по результатам которого при управлении курсом определяют в блоке ВСМ 3 СУД время t_сбp перекладки BP на режим стабилизации движения судна на новом значении путевого угла a₁.

3. Организуют формирование для СУД дополнительных алгоритмов траекторного движения с использованием ряда параметров об изменении курса и траверзных смещений судна от текущей траектории движения как при изменении дистанции S_k(t), так и дистанции S_k+1(t) для чего:

3.1. Используя построения по фиг.2, учитывают, что:

1) приемоиндикаторы местоположения расположены в носовой - ПИ_Н и кормовой - ПИкр оконечностях судна так, что между ними сохраняется базовая величина расстояния, равная длине судна Lc;

2) вырабатываемые приемоиндикаторами ПИ_Н и ПИкр в неподвижной (земной) системе координат текущие значения координат носовой Xн(t), Yн(t) и кормовой Xкp(t), Yкp(t) точек судна доступны для обработки алгоритмами СУД;

3) отклонения (смещения) судна от заданной траектории движения возможны как при значении курса φ_тек, так и при курсе φ₀.

3.2. На основании построений по фиг.2 принимают в качестве расчетных параметров:

- значения координат точки поворота В (X_B; Y_B);

- значения координат точки A₁ (Хн; Yн) и точки А₂ (Xкр; Yкр) для движения судна с курсом φ_тек по траектории ON1 как текущие отклонения местоположения и курса судна от заданной траектории движения ОВ;

- значения A₁Cl=dн и А₂С₁₁=dкр как текущие траверзные (боковые) смещения соответственно носовой и кормовой точек судна от заданной траектории движения, где судно обозначено отрезком A₁A₂=Lc;

3.3. В блоке ВСМ 3 СУД формируют следующим образом совокупности значений dн и dкр как текущих траверзных (боковых) смещений носовой и кормовой точек судна при движении судна на траектории.

3.3.1. В варианте φ_тек≠φ₀ строят (фиг.2) треугольники BC₁C, A₁C₁C₂ - для расчета отклонения dн и ВС₁₁С₃, А₂С₁₁С₂₂ - для расчета отклонения d_kp, из которых находят переменные:

из ΔBC₁C

из ΔA₁C₁C₂

из ΔBC₁₁C₃

из ΔA₂C₁₁C₂₂

Из уравнения (16) определяют

y_C1=y_B(-)(x_B-x_C1)tg φ₀.

С учетом полученного выражения для YC₁ уравнение (17) преобразуют к виду

Из уравнения (18) определяют значение неизвестной координаты ХС₁

d_нSinφ₀+x_H=x_C1,

после подстановки которой в уравнение (22) определяют значение отклонения dн из выражения

Из уравнения (19) определяют y_C11=y_B-(х_B-х_C11)tgφ₀

С учетом полученного выражения для YC₁₁ уравнение (20) преобразуют к виду

Из уравнения (21) определяют значение неизвестной координаты ХС₁₁

,

после подстановки которой в уравнение (24) определяют значение отклонения dкр из выражения

3.3.2. Используя полученные соотношения (23), (25), находят среднее значение отклонения dс_ЦТ (t) судна от заданной траектории из выражения

3.3.3. В задаче расчета отклонений dн, dкр и dc_ЦТ судна от траектории движения в варианте φ_тек=φ₀ используют (фиг.2) показания (данные) только одного из приемоиндикаторов местоположения судна (носового или кормового), так как диаметральная плоскость судна параллельна траектории и, следовательно, имеет место равенство dн=dкр=dc_ЦТ.

В этом случае из ΔOA₂Q по данным кормового приемоиндикатора местоположения судна определяют значения:

а величину dc_цт, используя соотношения (27), (28), рассчитывают из ΔОС₁₁А₂ по выражению

4. Передают в блок БАУ 4 из блока ВСМ 3 СУД совокупности значений:

dc_ЦТ(t), dн(t) и dкp(t) согласно выражениям (23), (25), (29) как текущих траверзных (боковых) смещений соответственно центра тяжести, носовой и кормовой точек судна от заданной траектории движения;

- времени t_П переключения режима движения судна по текущей траектории на режим прохождения точки поворота на новую траекторию;

- времени tсбp перекладки BP на режим стабилизации движения судна на новом значении путевого угла траекторного движения;

- ограничений по скорости Voc хода, заданной для прохождения судна по фарватеру.

5. Производят передачу информации из блока вычислителя сигналов маневрирования (ВСМ) СУД и блока БАУ:

5.1. В блок управления вертикальным рулем BP -

1) в части значения времени t=t_П перевода судна на движение по дуге АС окружности с радиусом R, определяемого на основе контролируемой в процессе подхода судна (фиг.1) к точке А величины текущей дистанции Sk(t) по выражению (4) как только отмечается существование неравенств вида

где υ - коэффициент упреждения по дистанции;

2) в части контролируемого отклонения dс_ЦТ по выражению (26) при движении судна на прямолинейных траекторных отрезках (фиг.1, 2) для перекладки BP так, чтобы отклонение dс_ЦТ - (t) было бы минимальным при одновременном контроле желаемого значения курса;

3) в части контролируемого изменения величины ΔV(t) отклонения скорости движения судна по дуге окружности АС как элемента криволинейного траекторного движения с учетом уставки ограничения угловой скорости z0 разворота судна по курсу;

4) в части значения времени t=t_сбр сброса управления перекладкой вертикального руля BP при контроле значения дистанции (11) в процессе подхода судна к точке С с координатами (14), (15), определяемого в момент существования неравенств вида

где ξ - коэффициент упреждения по дистанции.

5.2. В блок управления пропульсивным комплексом ПК -

1) в части контролируемого на основе данных ЛАГа значения ΔV(t) отклонения скорости хода судна Vc(t) как на прямолинейных отрезках траекторного движения, так и при движении по дуге АС окружности с радиусом R по отношению к величине заданной скорости V_0c.

5.3. В блок управления вертикальным рулем BP вводят величину ограничения угловой скорости z₀ разворота судна по курсу при прохождении точки поворота на новую траекторию движения, которую также направляют в блок БАУ 4.

6. На основе информации блока ВСМ 3 СУД и блока БАУ 4 вырабатывают -

6.1. В блоке управления вертикальным рулем BP сигналы на перекладку BP, которые направляют на первый вход локальной системы ЛСУ BP для управления исполнительным приводом вертикального руля BP, а на второй ее вход передают сигнал обратной связи от ДВР, соединенного с выходом привода BP.

6.2. В блоке управления пропульсивным комплексом ПК сигналы управления оборотами (частотой вращения) гребных винтов ПК судна, которые направляют на первый вход локальной системы ЛСУ ПК для управления исполнительным приводом пропульсивного комплекса ПК, а на второй ее вход передают сигнал обратной связи от датчика оборотов (частоты вращения) ДНК гребных винтов ПК, соединенного с выходом привода ПК.

7. Управляют исполнительными приводами BP, ПК так, чтобы вертикальный руль BP создавал необходимый момент разворота по курсу, а пропульсивный комплекс ПК - необходимый упор гребных винтов для поддержания заданной скорости V_0c хода судов класса «река-море» в специфических условиях прохождения узкостей и фарватеров внутренних водных путей и прибрежных районов морей при ограничениях на параметры координированного маневрирования и воздействиях внешних возмущений (ветер, волнение, течение).

Предложенную последовательность формирования режимов работы судовых ТСД, в качестве которых используют BP и ПК, управляемые СУД, производят в течение времени координированного маневрирования, как только начинается движение судна по траекториям заданного маршрута плавания.

Определение необходимых дополнительных параметров для формирования в СУД алгоритмов обеспечения координированного и высокоточного маневрирования повторяют при задании траекторий на новых маршрутах движения судна.

Формирование сигнала бокового сноса судна и контроль дистанции до точки начала поворота и выхода из поворота позволяет удерживать судно в заданном «коридоре» как при прямолинейном движении, так и при повороте.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Вычислитель сигналов маневрирования 3 для реализации системы может быть выполнен на промышленной ЭВМ. Ввод заданных сигналов может осуществляться с клавиатуры оператором, ввод и вывод иных сигналов может осуществляться по стандартным портам ввода-вывода ЭВМ.

До начала процесса маневрирования в вычислитель сигналов маневрирования 3 вводят сигналы, отражающие заданную траекторию движения, т.е. сигналы:

- массива координат точек изменения направления (поворота) траекторий на заданном маршруте движения судна - Bi,

- массива значений путевых углов движения судна на заданной траектории.

В вычислитель сигналов маневрирования 3 вводят сигналы желаемых значений параметров маневрирования:

- значения желаемого курса судна при движении на заданной траектории - φ₀.

В вычислитель сигналов маневрирования 3 вводят сигнал ограничения угловой скорости разворота судна по курсу - Z₀.

В вычислитель сигналов маневрирования 3 вводят сигнал значения длины судна - Lc,

В вычислитель сигналов маневрирования 3 вводят от носового и кормового приемоиндикаторов (в качестве которых могут быть использованы датчики GPS) сигналы:

- координат местоположения носа судна - {Хнi; Yнi},

- координат местоположения кормы судна {Xкрi; Yкрi}.

В вычислитель сигналов маневрирования 3 вводят от средств измерения сигналы:

- скорости хода судна - V(t),

- скорости поворота судна по курсу Z(t).

В вычислителе сигналов маневрирования 3 по сигналам:

- координат местоположения носа судна {Хнi; Yнi},,

- координат местоположения кормы судна {Хкрi; Yкpi},

- значения длины судна, путем цифровой обработки в соответствии с формулой

где Yн, Yкp - координаты местоположения соответственно носа и кормы судна по оси Y;

формируют сигнал текущего значения курса φ_тек.

В вычислителе сигналов маневрирования 3 по сигналам:

- массива координат точек изменения направления (поворота) траекторий на заданном маршруте движения судна - Bi,

- массива значений путевых углов движения судна на заданной траектории - ,

- значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории - V_0c,

путем цифровой обработки в соответствии с формулой

где Х_А, Y_A - координаты точки А (точка разворота по курсу);

а₀, a₁ - текущее и следующее значение путевого угла соответственно;

Хв, Y_B - координаты текущей точки поворота,

формируют сигнал Sk(t) текущего значения дистанции до точки начала поворота по курсу - точки А.

Путем цифровой обработки в соответствии с формулой

где X_C, Y_C - координаты точки С (точка разворота по курсу);

формируют сигнал S_k+1(t) текущего значения дистанции до точки окончания разворота по курсу - точки С.

Контролируя сигналы дистанций S_k(t) и S_k+1(t), с учетом упреждения по дистанции формируют сигнал величины времени t_n начала перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности и сигнал величины времени t_сбp перекладки руля в диаметральную плоскость для выхода из поворота по курсу и обеспечения движения судна по новой траектории.

Формирование сигналов t_П и t_сбp может осуществляться путем цифровой обработки в вычислителе сигналов маневрирования в соответствии с формулами:

где S_yпр=υL_с,

υ - коэффициент упреждения по дистанции.

В вычислителе сигналов маневрирования 3 по сигналам:

- значения желаемого курса судна при движении на заданной траектории - φ₀,

- массива координат точек изменения направления (поворота) траектории на заданном маршруте движения судна - Bi,

- координат местоположения носа судна{Хнi; Yнi},

- координат местоположения кормы судна{Хкрi; Yкpi},

- массива значений {а_i} путевых углов движения судна на заданной траектории;

путем цифровой обработки в соответствии с формулой:

а затем присвоением знака по следующим правилам:

+d_сЦТ(t), если

-d_сЦТ(t), если

формируют сигнал текущего значения dс_ЦТ (t) отклонения (бокового сноса) судна от желаемой траектории движения и вводят его в БАУ 4.

Кроме того, в БАУ 4 подают сигналы tп и tсбр, а от средств измерения (датчика) подают сигнал:

- скорости хода судна - V(t);

а также вводят сигналы:

- значения допустимого бокового сноса - dдоп,

- значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории - V_0c.

- текущего значения курса φ_тек,

- желаемого курса φ₀.

В БАУ 4 на их основе формируют разностные сигналы:

- сигнал рассогласования бокового сноса судна;

- сигнала рассогласования скорости хода судна;

- сигнал рассогласования курса Δφ.

Также в БАУ 4 сравнивают сигнал текущего значения времени с сигналами tп и tсбp и при их совпадении формируют и выдают в БУВР 6 сигнал соответственно на переход в режим поворота по курсу (с заданной Z₀ и коэффициентом kφ=0) или выход из поворота (установка Z₀=0, а kφ≠0).

В блоке управления BP 6 обрабатывают сигналы:

- рассогласования бокового сноса судна - Δd;

- значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории - V₀c;

- рассогласования скорости хода судна - ΔVc;

- рассогласования курса Δφ;

- перехода в режим перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности;

- перехода в режим перекладки руля в диаметральную плоскость, путем цифровой обработки в соответствии с формулой:

δ_зад=-k_φ[Δφ]-k_z(Δz)-(singΔd_сЦТ)k_dΔ_сЦТ(t),

где δ_зад - заданное значение угла перекладки BP;

[Δφ]=φ_тек-φ_зад,

φ_зад - заданное значение курса на траектории движения судна;

Δd=d_сЦТ-d_доп,

kφ, kz, kd - коэффициенты регулирования.

При движении судна в режиме поворота по курсу коэффициент kφ обнуляют, а при прямолинейном движении - устанавливают значение z₀=0;

Таким образом, формируют сигнал управления вертикальным рулем δ_зад по минимизации рассогласования курса и бокового сноса, а в режиме перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности дополнительно при минимизации рассогласования угловой скорости поворота судна.

Выходной сигнал δ_зад блока БУВР 6 направляют на первый вход блока ЛСУ BP 7, на второй вход которого вводят сигнал с датчика ДВР 9 обратной связи и формируют сигнал управления,

σ_ВР=δ_ВР(t)-δ_зад

,

который направляют на привод BP 8, воздействующий на судно 14 в режиме управления местоположением Хнi; Yнi, Xкpi; Yкpi и курсом φ.

Сигнал управления вертикальным рулем δ_зад подают на первый вход блока ЛСУ BP 7, на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи угла перекладки BP 9, а выходной сигнал системы ЛСУ BP 7 подают на блок судового исполнительного привода BP 8, связанного с датчиком угла перекладки BP 9.

В блоке управления ПК 10 путем обработки сигнала рассогласования скорости хода ΔV судна формируют сигнал управления скоростью судна, подают его на первый вход блока ЛСУ ПК 11, на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК 13, а выходной сигнал системы ЛСУ ПК 11 подают в блок судового исполнительного привода ПК 12, связанного с датчиком оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК 13.

Сигнал рассогласования скорости хода ΔV судна в блоке управления ПК 10 анализируется на соответствие логическим условиям

Путем цифровой обработки сигналов управление скоростью судна включает сигнал желаемых оборотов вращения гребных винтов ПК в соответствии с формулой

,

где η_зад - заданное значение частоты вращения гребных винтов ПК; V(t), V_0c - текущее и желаемое (заданное) значение скорости хода судна; - обобщенная возмущающая сила, действующая на судно при движении; kV, kF - коэффициенты регулирования;

сигнал для компенсации в СУД воздействий ветра, волнения и течения при траекторном движении судна с использованием наблюдающих устройств в виде:

где , - составляющие возмущающей силы по осям судна;

- X, , Y, - соответственно измеренные и фильтрованные значения текущих отклонений траекторных координат судна от заданных значений;

- k3, k4 - коэффициенты фильтрации высокочастотной составляющей обобщенной силы.

Выходной сигнал η_зад блока БУПК 10 направляют на первый вход блока ЛСУ ПК 11, на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК 13 и формируют сигнал управления,

,

где η_ПК(t) - текущее значение частоты вращения гребных винтов ПК, который направляют на исполнительный привод 12, воздействующий на судно 14 в режиме управления скоростью Vc хода.

По УСП осуществляют визуальный контроль скорости поворота Z(t).

На фиг.4 представлен видеослайд процесса траекторного маневрирования судна по предложенному способу, отображаемый на электронной карте судоводителя при функционировании СУД в соответствии с фиг.3.

На фрагменте электронной карты судоводителя по фиг.4 обозначено: 15 - положение судна на траектории 16; 17 - границы допустимого «коридора» (пунктир) траверзных смещений судна на заданной (желаемой) траектории движения; 18 - панель отображения массива задания координат траектории движения и точек поворота судна по курсу; 19 - индикация заданного значения скорости движения судна на маршруте; 20 - индикация текущего местоположения судна на маршруте движения.

На видеослайде фрагмента электронной карты судоводителя фиг.4:

- отображается земная система координат X0Y, оси которой оцифрованы в заданном масштабе отсчета координат судна и точек маневрирования;

- отображается процесс подхода судна 14 к расчетной точки А начала поворота по курсу;

- отображаются точки маневрирования судна с координатами

А (Х_А=275 м; Y_A=0);

В (X_B=400 м; Y_B=0);

С (X_C=435 м; Y_C=150 м);

- индицируется в виде ломаной линии с допустимым «коридором» 17 желаемый маршрут движения судна;

- индицируются в боковой панели электронной карты (18, 19, 20) параметры текущего и заданного (желаемого) движения судна;

- отображается текущая 16 траектория движения при прохождении судном 14 заданной точки поворота В.

Результаты отображенного на фиг.4 процесса траекторного движения подтвердили работоспособность и эффективность использования предложенного способа координированного маневрирования судна в СУД, проектируемых для судов класса «река-море».

Способ координированного маневрирования судна, заключающийся в том, что в вычислитель сигналов маневрирования вводят сигналы массива координат точек изменения направления (поворота) траекторий на заданном маршруте движения судна, массива значений путевых углов движения судна на заданной траектории, в вычислитель сигналов маневрирования вводят сигналы желаемых значений и ограничений параметров маневрирования, в том числе значения желаемого курса судна при движении на заданной траектории, значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории, в вычислитель сигналов маневрирования вводят сигнал ограничения угловой скорости разворота судна по курсу при прохождении точек поворота, в вычислитель сигналов маневрирования вводят сигнал значения длины судна, в вычислитель сигналов маневрирования вводят от носового и кормового приемоиндикаторов сигналы координат местоположения носа судна, координат местоположения кормы судна, в вычислителе сигналов маневрирования по сигналам координат местоположения носа судна, координат местоположения кормы судна, значения длины судна формируют сигнал текущего значения курса, а по сигналам массива координат точек изменения направления (поворота) траекторий на заданном маршруте движения судна, массива значений путевых углов движения судна на заданной траектории, ограничения угловой скорости разворота судна по курсу при прохождении точек поворота, скорости хода судна формируют сигналы текущего значения дистанции до точки начала разворота по курсу, текущего значения дистанции до точки окончания разворота по курсу, контролируют сигналы дистанций и с учетом упреждения по дистанции формируют сигнал величины времени начала перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности и сигнал величины времени перекладки руля в диаметральную плоскость для выхода из поворота по курсу и обеспечения движения судна по новой траектории, в вычислителе сигналов маневрирования по сигналам значения желаемого курса судна при движении на заданной траектории, массива координат точек изменения направления (поворота) траектории на заданном маршруте движения судна, координат местоположения носа судна, координат местоположения кормы судна формируют сигнал текущего значения отклонения (бокового сноса) судна от желаемой траектории движения, определяют его знак и вводят его в блок автоматизированного управления (БАУ), в БАУ с датчика подают сигнал текущей скорости хода судна, а также вводят сигналы допустимого отклонения (бокового сноса) судна от траектории движения, значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории, текущего значения курса, желаемого курса, формируют на их основе разностные сигналы рассогласования бокового сноса судна, рассогласования скорости хода судна, рассогласования курса, также в БАУ сравнивают сигнал текущего значения времени с сигналами t_п и t_сбp, где t_п - сигнал величины времени начала перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности, t_сбp - сигнал величины времени перекладки руля в диаметральную плоскость для выхода из поворота по курсу и обеспечения движения судна по новой траектории, и при их совпадении формируют и выдают в блок управления вертикальными рулями (ВР) сигнал соответственно на переход в режим поворота по курсу или выход из поворота, в блоке управления ВР обрабатывают сигналы рассогласования бокового сноса судна, значения желаемой скорости хода судна при движении на заданной траектории, рассогласования скорости хода судна, сигналы перехода в режим перекладки руля для обеспечения движения судна по дуге окружности, перехода в режим перекладки руля в диаметральную плоскость, рассогласования курса и формируют на их основе сигнал управления ВР по минимизации рассогласования курса и бокового сноса, сигнал управления ВР подают на первый вход блока локальной системы управления ВР, на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи угла перекладки ВР, а выходной сигнал системы управления ВР подают на блок судового исполнительного привода ВР, связанного с датчиком угла перекладки ВР, в блоке управления пропульсивным комплексом (ПК) путем обработки сигнала рассогласования скорости хода судна формируют сигнал управления скоростью судна, подают его на первый вход блока локальной системы управления ПК, на второй вход которого вводят сигнал с датчика обратной связи оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК, а выходной сигнал локальной системы управления ПК подают в блок судового исполнительного привода ПК, связанного с датчиком оборотов (частоты вращения) гребных винтов ПК, осуществляют визуальный контроль скорости поворота по указателю скорости поворота.