DE1756473A1

DE1756473A1 - Arrangement for the automatic speed control of ship propulsion machines

Info

Publication number: DE1756473A1
Application number: DE19681756473
Authority: DE
Inventors: Svetalskij Boris K
Original assignee: Institut Kibernetiki Akademii Nauk Ukrainskoi
Current assignee: Institut Kibernetiki Akademii Nauk Ukrainskoi
Priority date: 1968-05-28
Filing date: 1968-05-28
Publication date: 1970-08-13
Also published as: DE1756473B2

Description

Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung von Schiffsantriebsmaschinen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung von Schiffsantriebsmaschinen. Sie kann zur Drehzahlregelung von Schiffsantriebsmaschinen in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe eingesetzt werden, um bei beschränkten Fahrwassertiefen optimale Schiffsgeschwindigkeiten zu erreichen. Dabei ist unter der optimalen Geschwindigkeit diejenige Geschwindigkeit zu verstehen, bei der ein wirtschaftlich optimaler Ablauf des Gütertransportes gewährleistet ist.Arrangement for the automatic speed control of ship propulsion machines The invention relates to an arrangement for automatic speed control of marine propulsion engines. It can be used to control the speed of marine propulsion engines as a function of the Fairway depth can be used to optimize the fairway depths when the fairway depths are limited Reach ship speeds. It is below the optimal speed to understand the speed at which an economically optimal process transport of goods is guaranteed.

l;s ist eine Anordnung zur Drehzahlregelung von Schiffsantriebsmaschinen in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe bekannt, bei der ein Echolot an einem Funktionsumformer angeschlossen ist, dem die erforderliche Gesetzmäßigkeit zwischen der Fahrwassertiefe und der Drehzahl der Schiffsantriebsmaschine eingegeben ist. Die so errechnete Führungsgröße gelangt äber ein Additionsglied und einen Relaisverstärker an einen Stellmotor, der den Sollwert für die Drehzahl des Hauptmotors verstellt. Der Istwert der Drehzahl wird von einem Tachegenerator erfaßt und über eine Rückführung auf das Additionsglied gegeben (siehe beispielsweise das Buch "Sistemij avtomatigeskogo sudovoidenija na rekach" von A. Bernich, Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Ausgabe 1963, Seite 1 bis 46).l; s is an arrangement for speed control of marine propulsion engines known as a function of the fairway depth, with an echo sounder on a function converter is connected to which the necessary regularity between the fairway depth and the speed of the marine propulsion engine is entered. The reference variable calculated in this way reached via an adder and a relay amplifier at one Servomotor that adjusts the setpoint for the speed of the main motor. The actual value the speed is recorded by a tachometer and fed back to given the addition term (see, for example, the book "Sistemij avtomatigeskogo sudovoidenija na rekach "by A. Bernich, publishing house of the Academy of Sciences of the USSR, issue 1963, pages 1 to 46).

Diese bekannte Regelanordnung bewirkt jedoch keine optimale Geschwindigkeit des Schiffes, da der jeweils vorgegebene Ge- W) sctiindigkeitssollwert infolge beträchtlicher Signalverzöge- rungen im Regelkreis-durch uie endliche Stellgeschwindigkeit des Stellmotors und die Massenträgheit des Schiffskörpers erst mit beträchtlicher Zeitverzögerung oder überhaupt nicht erreicht wird. Darüber hinaus kann die Maschine in besonders flachen Gewässern, wo der Abstand zwischen dem Schiffsboden und dem Grund nur 10 cm beträgt und das Echolot infolge Aufwühlung des Bodenschlamms versagt, durch die bekannte Regelanordnung fälschlicherweise auf eine zu hohe Drehzahl gebracht werden.However, this known control arrangement does not result in an optimal speed of the ship, since the given W) activity setpoint due to considerable signal delay ments in the control loop - due to the finite adjusting speed of the servomotor and the inertia of the hull is only reached with a considerable time delay or not at all. In addition, in particularly shallow waters, where the distance between the bottom of the ship and the bottom is only 10 cm and the echo sounder fails due to the upheaval of the bottom sludge, the known control arrangement can incorrectly bring the machine up to too high a speed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung von Schiffsantriebsmaschinen anzugeben, die eine Drehzahlregelung nach vorausbestimmten Fahrwassertiefenwerten ermöglicht und eine Drehzahlerhöhung in gefährlich flachen Gewässern vermeidet. Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung einer ächiffsantriebsmaschine in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe mit einem Echolot, das über ein Additionsglied und einen Relaisverstärker mit einem Sollwerteinsteller verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur stochastischen Vorausbestimmung der kommenden Fahrwassertiefen dem Echolot ein Boaenneigzngsextrapolator nachgeschaltet ist und daß zwischen dem Extrapolator und dem Additionsglied ein Digitalwandler vorgesehen ist.The invention is based on the object of an arrangement for automatic Specify speed control of marine propulsion engines that use speed control according to predetermined fairway depth values and an increase in speed Avoid in dangerously shallow waters. This task is carried out at an arrangement for the automatic speed control of an aft propulsion engine depending on the depth of the fairway with an echo sounder that has an addition element and a relay amplifier is connected to a setpoint adjuster, according to the invention solved in that the stochastic predetermination of the coming fairway depths the echo sounder is followed by a Boaenneigzngextrapolator and that between the Extrapolator and the adder a digital converter is provided.

Der Bodenneigzngsextrapolator enthält vorteilhaft ein Additionsglied, Speicherzellen zur Speicherung der vorhergehenden Fahrwassertiefenwerte mit Verstärkern zur Formierung der Extrapolationskoeffizienten und einen an den Speicherzellen liegenden Taktimpulsgenerator, wobei die Speicherzellen und die Verstärker Reihenschaltungen aus je einer Speicherzelle und einem Verstärker bilden, die alle parallel am Eingang des Additionsgliedes liegen.The floor inclination extrapolator advantageously contains an addition element, Storage cells for storing the previous fairway depth values with amplifiers for forming the extrapolation coefficients and one on the memory cells Clock pulse generator, the memory cells and the amplifier being connected in series from a memory cell and an amplifier, all in parallel at the input of the adder lie.

Liur Änderung der Taktfrequenz in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe ist zwischen dem E3holot und dem Taktinpulsgenerator vorzugsweise ein ranktio::@;::f@or:er vorgesehen. Zwischen dem Echolot und c:em Re-L@isverstärker ist zur Umschaltung der Antriebsmaschine ,:es Schifes auf Nothetrieh beim Befahren von Gewässern mit extrem kleiner Fahrwassertiefe insbesondere ein Notumachalter vorgesehen. Die Erfindung wird nun anhand einen @usführusbelieis unter Bezugnabme auf die Zeichnung näher erläutert. . Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer erf4ue- gemäßen Anordnung zur selbsttätigen Drehaahlregelueiner .Schiffsantriebsmaechine. Eine Anordnung zur selbsttätigen Drebzahlregeluei.uer Schiffsantriebemasohine enthält ein die fabxwaeoertiefe er- fassendes Echolot 2, ein Mdtionaglieä 39 einen golaerer- stäiicer 4 und einen Sollverteinatellgotor 5. ZWdsabeg Beet Echolot 2 und deren Additi=eglied 3 liegt eine>ti#..ner mer 6. Der Verstärker 4 und der Stellmotor haben pixm# ge- meinsame Rückführung, in der ein Tachogeaerator ? liegt, der die Drehzahl des Hauptmotors mißt. Die Regelanordnung enthält darüber hinaus zwischen dem Echolot 2 und dem Additionaglied 3 ein Rechenglied 8 zur Extrapolation der Bode=eigtund zwischen dem Additionsglied 3 und dem Extrepolator Ei einen Digitalwandler 9. Der Ertrapolator 8 weist ein Additionsglied 10 und Speicher- Zellen 11', 11", ... 11m zur Speicherung der'vorhergehen- den Fahrwassertiefenwerte auf. Die Speicherzellen liegen über Umformer 12', 12", ... 12m und 13', 13", ...@ zum Formieren von Extrapolationskoeffizienten am Additionsglied 10. Die Einspeicherung der laufenden Fahrwassertiefenwerte wird von einem Zähler 14 bewirkt, der über einen Umformer 15 und einen Verstärker 16 ebenfalls am Additionsglied 10 liegt. Die Speicherzellen 11', 11", ... 11m und der Zähler 14 sind über Tore 17', 17", ... 1'm in Reihe miteinander verbunden. Die Tore sind als logische UND-Glieder ausgebildet.To change the clock frequency depending on the depth of the fairway, a rankktio :: @; :: f @ or: er is preferably provided between the E3holot and the clock pulse generator. Between the echo sounder and the c: em Re-L @ is amplifier is to switch the drive engine,: es ships to emergency retrieval when navigating waters with extremely small fairway depths in particular an emergency switch is provided. The invention will now be based on a @ usführusbelieis explained in more detail with reference to the drawing. . The drawing shows a block diagram of an erf 4 ue- according to the arrangement for the automatic Drehaahlregelueiner .Ship propulsion machinery. An arrangement for automatic speed control Ship propulsion engine contains a fab xw aeoertiefe full depth echo sounder 2, a Mdtionaglieä 39 a golaerer stäiicer 4 and a Sollverteinatellgotor 5. ZWdsabeg bed Echosounder 2 and its additio member 3 is located a> ti # .. ner mer 6. The amplifier 4 and the servomotor have pixm # common feedback in which a speedometer generator ? lies that measures the speed of the main motor. The rules contain moreover between the echo sounder 2 and the addition member 3 a computation element 8 for extrapolating the Bode = eigtund between the adder 3 and the extrepolator Ei one Digital converter 9. The Ertrapolator 8 has an adder 10 and memory Cells 11 ', 11 ", ... 11m for storing the' previous the fairway depth values. The memory cells lie via converters 12 ', 12 ", ... 12m and 13', 13", ... @ to Formation of extrapolation coefficients at the addition element 10. The storage of the current fairway depth values is effected by a counter 14 which is also located at the addition element 10 via a converter 15 and an amplifier 16. The memory cells 11 ', 11 ", ... 11m and the counter 14 are connected to one another in series via gates 17', 17", ... 1'm. The gates are designed as logical AND elements.

Der Bodenneigungsextrapolator ist also aus m Otandardbausteinen aufgebaut, von denen jeder eine Speicherzelle, einen Umformer und einen Verstärker enthält. Er ermöglicht eine Vorausbestimmung der nachfolgenden Fahrwassertiefen durch Auswertung der m diskreten vorhergehenden Werte.The ground inclination extrapolator is thus built up from m standard modules, each of which contains a memory cell, a converter and an amplifier. It enables the subsequent fairway depths to be determined in advance by evaluating them of the m discrete preceding values.

Der Extrapolator 8 weist ferner einen Taktimpulagenerator 18 auf. Die Folgefrequenz der Steuerimpulse wird von einem Funktionsumformer 19 bestimmt, der dem Echolot 2 nachgeschaltet ist.The extrapolator 8 also has a clock pulse generator 18. The repetition frequency of the control pulses is determined by a function converter 19, which is connected downstream of the echo sounder 2.

Das Additionsglied 10 liegt über Digitalwandler 9 am Eingang des Additionsgliedes 3.The addition element 10 is connected to the input of the addition element via digital converter 9 3.

Die Regelanordnung besitzt weiter einen Notumschalter 20, der bei extrem kleinen Fahrwassertiefen eine Umschaltung der Maschine auf Notbetrieb bewirkt. Der Notumschalter liegt zwischen dem. Echolot 2 und dem Verstärker 4. Die Regelanordnung hat folgende Wirkung swei srs s Das Echolot 2 erfaßt uminterbrochen die hbucnassertiete h und formt sie in eine elektrische Größe um, die den laufen- den Wert der Fahrrmssartiefe proportional ist. Die elektrische Ausgangsgröße des Echolots wird in Buak- tionsumformer 6 in einen Sollwert der Drehzahl umgteforat, der auf einen Eingang des Addtionsgliedes 3 gegeben wird. lm anderen. Eingang des Additionsgliedes komt die Mohlüh- rungsgröße vom Tachogenerator ? an, die den Tatwert der !W-- ~-l sohinendrehzahl n' proportional ist. Die Abweichung ± gelangt auf den Verstärker 4, der den Stellmotor 5 in sirre einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Drehsablsollwer-- tes der Schiffsantriebamaschine 1 beeinfluBt. Der Drehzahl- bereich, in dem die Drehzahl selbsttätig geregelt wird, wird durch Endschalter (in der Zeichming nicht dargeetellt) ein- gestellt. Kommt das Schiff in Gewässer von gefährlich geringer Tie- fe (bei der der Abstand zwischen Schiffsboden und Grund kleiner a1 s 10 cm ist) q so spricht der Notunachalter 20 an und schaltet die M aschine auf Notbetrieb um. Der Umschalter 20 ist ein Spannungsiv@aigangssohalter mit Verstärker und Sthllmotor (in der Zeicht äargentellt) Der Stellmotor beeinflußt den lkelaisverstäriur 4 in den Maschine Sinne, da$ die Drehzahl dar Hauptantriebmmälarr 1 auf ih- reu minimauen Vert sinkt. Außerdem löst der Umschalter 20 ein Signal aua, das der Schiffsführung die Gefahr meldet. Das ganze B'etea der Notuxachaltung wird von Hand entriegelt. Auf den Eingang den Additionsgliedes 3 trifft auch das Aus- gangssigden Extrapolators B. Die Extrapolation im Re- ahenglied 8 erfolgt nach folgender Yomelx Mit #ü+1, hu, 1@,1 ... h@,m sind. hier die Fahrwasaertiefen- werte ix nächsten, im gegebenen und in vorangegangenen Zeit- punkten bezeichnet. Diene Zeitpunkte liegen in gleichem Ab- stand voneinander. Mit k, h1, &2 ... km sind Xxtrapolations- koeffisienten bezeichnet. Sie werden durch die gewählte Op- tisierungomethode bestimmt, die einen minimalen mittleren qua- dratischen Fehler für einen vorgegebenen, an häufigsten auf- tretenden Bodenverlauf gewährleistet.4h ist der vorausberech- nete Wert der Wassertiefenzunahme. Zum Aufbau des ECtrapolators eignen sich am besten digitale Bausteine, da die Information über längere Dauer in den Spei- cherzellen 111, 11", ... 11m gespeichert und gleichzeitig abgefragt und erneuert werden soll. Die digitalen Bausteine sind auch aus den Grunde vorteilhaft, da die Echolote Üblicher- weise digital arbeitende Geräte sind. 1m Eingang des Extrapolators 8 kommt vom,Echolot.2 dessen elektrisches Ausgangssignal an, das dem laufend gemessenen Wert der Fahrwassertiefe proportional ist. Dieses Signal, das impulsbreitenmoduliert ist, gelangt mit°konstanter-Im- pulsfolgefrequenz über den Funktionsumformer 19,auf den Takt- impulagenerator 18 und über einen Zähllitpulegenerator 21 auf ' den Zähler 14. Im Zählimpulsgenerator wird-das 8igml in Iee- pulsgruppen ungeformt, deren Impulszahl der Breite der-Echo- lotausgangsimpulse proportional ist. Der Zähler 14 erfaßt die Impulszahl der Gruppen, wobei die Mäüfig»it- dbt Uhl- s7klen gleich der Polgetrequens der ankoareuäen leulsgrup- pen ist. Der Ausgangsimpuls des Zählers 14 wird in Umformer 15 umge- formt, im Verstärker 16 k-fach verstärkt, so daß auf den Ein.: gang des Additionsgliedes eine dem Produkt k.hn proportionale GröBe)gelangt. Die Übertragung der den diskreten Werten der Fahrwassertiefe proportionalen Ausgangsgrößen des Zählers in die Speiche r zellen 11', 11", ... 11m erfolgt über Tore 17', 17", ...17m, die von den vom Generator 18 erzeugten Steuerimpulsen geöff- net werden. Die Folgefrequenz dieser Impulse ist umgekehrt proportional der Schiffsgeschwindigkeit v. Diese-Abhängigkeit wird durch den Funktionsumformer 19 bewirkt. Die Schiffsgeschwindigkeit wird dabei mittelbar durch die Wassertiefe bestimmt, weshalb der Umformer 19 am Ausgang des Echolots ,2 angeschlossen ist.The control arrangement also has an emergency switch 20, which causes the machine to switch to emergency operation at extremely small fairway depths. The emergency switch is between the. Echo sounder 2 and amplifier 4. The rule arrangement has the following effect The echo sounder 2 continuously detects the hbucnassertiete h and converts it into an electrical quantity that the value of the vehicle depth is proportional. The electrical output of the echo sounder is measured in Buak- tion converter 6 converted into a setpoint of the speed, which is given to an input of the addition element 3 . ln the other. Input of the addition element comes the Mohlüh- size of the tachometer generator ? that the actual value of the! W-- ~ -l so that speed n 'is proportional. The deviation ± reaches the amplifier 4, which the servomotor 5 in sirre an enlargement or reduction of the rotary shutter button tes of the marine propulsion engine 1. The speed range in which the speed is controlled automatically by limit switch (not shown in the drawing) posed. If the ship enters waters of dangerously low fe (where the distance between the ship's bottom and the bottom less than 1 s is 10 cm ) q then the emergency person 20 responds and switches the M achine to emergency operation in order. The changeover switch 20 is a voltage switch with a Amplifier and steel motor (shown in the drawing) The servomotor influences the relay amplifier 4 in the machine Sense because the speed is $ Hauptantriebmm like larr 1 to IH reu minimauen Vert sinks. In addition, the switch 20 triggers a signal ouch that reports the danger to the ship's command. The entire B'etea of the emergency switch is unlocked by hand. The input of the addition element 3 also applies to the output common extrapolat o rs B. The extrapolation in the re- A chain link 8 takes place according to the following Yomelx With # ü + 1, hu, 1 @, 1 ... h @, m are. here the Fahrwasaertiefen- values ix next, in the given and in the previous time referred to as points. The points in time lie in the same distance stood apart. With k, h1, & 2 ... km, Xxtrapolation- called coefficients. The selected op- determination method that has a minimum mean qua- dramatic error for a given, most frequently 4h the precalculated nete value of the increase in water depth. The best way to set up the ECtrapolator is digital ones Modules, since the information is stored in the memory for a longer period of time cher cells 111, 11 ", ... 11m stored and at the same time should be queried and renewed. The digital building blocks are also advantageous for the reason that echo sounders are usually are wise digitally working devices. 1 at the input of the extrapolator 8 comes from the echo sounder. 2 of the electrical output signal that corresponds to the continuously measured Value of the fairway depth is proportional. This signal, which is pulse-width modulated, gets with ° constant-Im- pulse repetition frequency via the function converter 19, on the clock pulse generator 18 and via a counting pulse generator 21 on ' the counter 14. In the counting pulse generator-the 8i gm l in Iee- unshaped pulse groups, the number of pulses of which corresponds to the width of the echo solder output pulses is proportional. The counter 14 detects the number of impulses in the groups, whereby the ability »it- dbt Uhl- s7 Cycles equal to the pole frequencies of the ankoareuänen leulsgroup- pen is. The output pulse of counter 14 is converted in converter 15 forms, amplified 16 k-fold in the amplifier, so that on the one: output of the addition element is proportional to the product k.hn Size). The transmission of the discrete values of the fairway depth proportional output values of the counter into the memory cells 11 ', 11 ", ... 11m takes place via gates 17', 17", ... 17m, the control pulses generated by the generator 18 are opened be net. The repetition rate of these pulses is reversed proportional to the ship's speed v. This dependency is effected by the function converter 19. The ship's speed is determined indirectly by the water depth, which is why the converter 19 is connected to the output of the echo sounder 2.

Das am Ausgang des Additionsgliedes 10 erscheinende Signal, das der vorausbestimmten Zunahme d h der Fahrwassertiefe proportional ist, gelangt über den Digitalwandler 9 an den Eingang des Additionsgliedes 3 als zusätzliche Drehzahlsollwertänderung LJ n.The signal appearing at the output of the adder 10, which the predetermined increase i.e. the depth of the fairway is proportional, passes over the digital converter 9 to the input of the adder 3 as an additional speed setpoint change LJ n.

Die beschriebene Regelanordnung ermöglicht eine Schiffahrt in flachen Gewässern mit großer Kraftstoffersparnis.The control arrangement described enables navigation in flat areas Waters with great fuel economy.

Claims

Claims Arrangement for automatic speed control of a 8 ship propulsion systems depending on the depth of the water with an echo sounder, which has an addition element and a li relay with a setpoint input controller is connected, thus identified - i ze Ohnet, DAB m to atoohastischen Vorausbesti - the kouenden Fahrrasoertiefen a Munt the Bcholot (2) Ground inclination trapolator is connected downstream and that »i- already of the eztrapolator (8) and the addition element (3) a digital converter (9) is provided. 2. Arrangement for automatic speed control after claim 1, characterized in that the soil properties eztrapolator (8) an adder (10), Speiahersellen (11 ', 11 ", ... 11n) for storing the pre-brewed ones Driving asset depth values with amplifiers (13 ', 13 ", ... 13s) see also polishing the extrapolation coefficients and one at the epeiohersellen ( 111, 11 ", ... 11n) lying clock '; inpulsgemerator (18) eathlilt, where these memory cells

(11r11 ", ... 11n) and the amplifiers ( 13 ', 13", ... 13n) Beihenoohaltuna: Ä each from one memory cell and one Amplifiers form, all parallel to the Eingäng of the Ad dition link (10) lie. 3. Arrangement for automatic speed control after Claim 2, characterized in that the Clock frequencies depending on the depth of the fairway between between the Zoholot (2) and the clock pulse generator (18) a function caller (19) is switched on . 4. Arrangement for automatic speed control according to a of carrion from 1 to 3, characterized in that to keep the Sohiff drive seed drill (1) on Emergency operation at extremely small fairway depths between the echo sounder (2) and the relay amplifier (4) an emergency switch (20 ) is provided.