DE1804501B2 - Einrichtung zur steuerung einer stabilisierungseinrichtung fuer schiffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Stabilisierungseinrichtung für Schiffe, bei der eine von einem Meßgerät ermittelte Schlingergröße als erstes Signal verwendet wird und weitere durch elektrische Differentiation und/oder Integration erzeugte Schlingergrößen als weitere Signale verwendet werden und bei der Mittel vorgesehen sind, um das erste und die weiteren Signale zu einem vereinigten Signal für die Steuerung der gegendrehmomenterzeugenden Mittel der Stabilisierungseinrichtung zu kombinieren, wobei ein erster Kanal vorgesehen ist, der mit einer ersten Trägerwelle einer der normalen Bordfrequenz des Schiffes entsprechenden Frequenz versorgt wird, welche erste Trägerwelle mit dem ersten Signal moduliert wird, und wobei ferner ein zweiter Kanal vorgesehen ist, welcher an seinem Ausgang eine zweite Trägerweile mit derselben Frequenz wie die erste Trägerwelle aufweist, wobei diese zweite Trägerwelle mit den weiteren Signalen moduliert ist.

Bei bekannten Einrichtungen zur Steuerung der Stabilisierungseinrichtungen von Schiffen ist es üblich im ganzen Steuersystem durchgehend dieselbe Trägerfrequenz zu verwenden. In manchen Fällen wird hierzu die Bordfrequenz des Schiffes verwendet, die direkt dem Bordnetz entnommen wird; sonst verwendet man eine höhere Frequenz, die einer besonderen, für die Steuerungseinrichtung vorgesehenen Stromversorgungseinrichtung entnommen wird.

Bei bekannten Stabilisierungseinrichtungen, insbesondere bei Flossenstabilisierungseinrichtungen zum Stab'üsieren von Schlingerbewegungen, ist es üblich, zwei Kreiselelemente zum Erfassen der Schlingerbewegungen zu verwenden, wobei der eine Kreisel den Schlingerwinkel Θ und der andere die Schlingergeschwindigkeit # erfaßt. Da Kreisel relativ komplexe Geräte sine!, ist es vorteilhaft, einen einzigen Kreisel zu verwenden, welcher eine der für die Stabilisierung benötigten Variablen abgibt, und die übrigen Variablen dadurch zu erhalten, daß man entsprechend den Erfordernissen diese Variable integriert und/oder differenziert. Wenn z, B. der einzige Kreisel die Größe Ö liefert, so kann man die übrigen Variablen Θ und θ durch Integration bzw. durch Differentiation erhalten. Steuereinrichtungen, die auf dieser Basis arbeiten, sind bekannt.

In der Siemens-Zeitschrift, 1963, Heft 3, S. 159, ist eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, bei der ein durch einen Kreisel er* mitteltes Signal Φ integriert und der integrierte Wert dann mit dem Signal Φ und seinem Differential 'Φ

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gemischt wird, In dem Kanal, in üam Φ integriert terer Vorteil ist dabei der, daß bei uinem Ausfall der

wird, sowie in den Kanälen für Φ und 'Φ wird eine Quelle höherer Frequenz der niederfrequente Kanal

gemeinsame Frequenz verwendet. weiterarbeiten kann und daö ein annehmbarer Grad

In einem Aufsatz in der Zeitschrift »Shipbuilding von Schlingerstabilisierung auch mit der Hauptamt Shipping Record« vom 28. September 1967, 5 Schlingergröße allein erreicht werden kann.
S. 451, wird eine Stabilisierungseinrichtung beschrie- In Weiterbildung der Erfindung geht man mit ben, bei der Signale für die natürliche Schlagseite Vorteil so vor, daß zum Erzeugen der als erstes bzw. den durchschnittlichen Schlingerwinkel, die Signal dienenden Schlingergröße eine einzige Fühl-Schlingergeschwindigkeit und die Schlingerbeschleu- vorrichtung vorgesehen ist und daß der zweite Kanal nigting alle von einem Schlingerwinkelsignal Θ her- io eine Moduliereinricht.ung aufweist, welche zum Begeleitet werden. Diese Steuereinrichtung verwendet trieb mit der Zwischenträgerwelle höherer Frequenz eine gemeinsame Frequenz von 60 Hz. ausgebildet und mit der Fühlvorrichtung gekoppelt

In der britischen Patentschrift 821138 ist eine ist, so daß die Ausgangsgröße der Moduliereinrichelektromechanisclie Stabilisierungseinrichtung be- tung ein mit dem ersten Signal moduliertes Signal schrieben, welche mit Funktionen des Schlingerns 15 höherer Frequenz ist, und daß die Mittel zur elektriarbeitet und ebenfalls nur mit gleich großen Träger- sehen Differentiation und/oder Integration mit der frequenzen arbeitende Kanäle aufweist. Die Schiin- Moduliereinrichtung verbunden sind. Die Fühlvorj>erlage des Schiffes fühlt ein vertikal bleibender richtung kann als Kreisel ausgebildet sein, der beiKreisel, der bei Vorliegen einer Schlagseite des spielsweise die Größe Ö erfaßt. In diesem Fall kön-Schiffes auch beim Fehlen einer Schlingerbewegung 20 nen die Rechenmittel 'n Integrierglied aufweisen, ein dauerndes Signal abgibt. Jedoch ist eine verhält- welches die Größe θ erzeugt, und ein Differenzierjmmäßig komplizierte Vorrichtung erforderlich, um glied zum Erzeugen der Größe ö. Die Größen Θ, ö beim Schlingern die Schlagseite aus dem zeitlichen und Θ sind die Schlingergrößen, d^;e gewöhnlich zur Mittelwert der Schlingerbewegungen zu ermitteln, da Schlingerstabilisierung verwendet werden.
der Kreisel nicht gedämpft sein darf. »_s Die Verwendung einer Stabilisierungseinrichtung

Die bekannten Systeme haben eine Anzahl von mit einem ersten Kanal, der mit der normalen Bord-Nachteilen: Dort, wo im gesamten Steuersystem eine frequenz des Schiffes arbeitet, und mit einem zweiten gemeinsame Trägerfrequenz verwendet wird, die aus Kanal, der mit einer höheren Frequenz arbeitet, nützt 'dem Bordnetz des Schiffes entnommen wird und des- sowohl die konstruktiven Vorteile höherer Frequenscn Bordfrequenz aufweist, führt der relativ niedrige 30 zen aus und hat gleichzeitig den Vorteil, daß man Wert dieser Frequenz (meist 50 oder 60 Hz) zu den dem Bordnetz des Schiffes Leistung entnehmen kann, folgenden Schwierigkeiten: In den verschiedenen wie das bereits erwähnt wurde.
Teilen der Schaltung, insbesondere dort, wo mehrere Die höhere Frequenz wird zweckmäßig einem Schlingergrößen durch Integrieren bzw. Differenzie- 400-Hz-Oszillator entnommen,
ren einer einzigen Größe erhalten werden, werden 35 Die bisher beschriebene Stabilisierungseinrichtung große Kondensatoren benötigt, welche ihrerseits dazu weist noch keine Schlagseitenkorrektur auf. In manführen, daß unerwünschte Phasenverschiebungen er- chen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, bezüglich der 2eug* werden. Das begrenzt die Entwurfsmöglich- Vertikalen zu stabilisieren und eine möglicherweise keiten der Schaltungen des Steuersystems und kann vorhandene Schlagseite zu eliminieren. Zu diesem eine nachteilige Auswirkung auf die Arbeitsweise der 40 Zweck ist erfindungsgemäß ein stark gedämpftes Slabilisierungseinrichtung insgesamt haben. Pendel zur Messung eines mittleren Schlingerwinkels

Wenn als gemeinsame Frequenz jedoch eine vorgesehen, das mit einem zweuen, mit der normalen

höhere Frequenz verwendet wird, muß ein beson- Bordfrequenz des Schiffes arbeitenden Drehmelder

derv:r Generator für die gesamte Steuereinrichtung gekoppelt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der

vorgesehen werden. Dieser Generator wird notwen- 45 zum Kombinieren des ersten Signals und der weiteren

(ligerweise groß und teuer. Signale dienenden Mittel verbunden ist, so daß das

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ausgangssignal des zweiten Drehmelders ein Beeine Stabilisierungs-Steuereinrichtung für Schiffe zu standteil des zusammengesetzten Signals ist.
schaffen, bei der die Verwendung eines mit höherer An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die ErFrequenz arbeitenden Kanals zur Berechnung von 50 findung näher erläutert.

Schlingergrößen ohne die Anordnung eines derart^:gci. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Regeleinrich-

Generators möglich ist. tung zum Stabilisieren der Schlingerbewegung eines

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs Schiffes.

genannten Einrichtung dadurch erreicht, daß am Eine zweckmäßig als Kreisel ausgebildete einzige Eingang des zweiten Kanals eine mit dem ersten 55 Fühlvorrichtung 1 liefert ein Signal entsprechend Signal modulierle Zwischcntrdgerwelle höherer Fre- einer "rsten Schlingervariablen (hier (-), also die quenz vorgesehen ist und daß die Mittel zur elektri- Schlingcrgeschwindigkeit) über einen Modulator 2 zu sehen Differentiation und/oder Integration von dieser einem ersten Kanal A. Der Modulator 2 arbeitet mit Zwischenträgerwelle nacn ihrer Demodulation ver- der normalen Bordfrequenz des Schiffes als Trägersorgt werden und die entstehenden weiteren Signale 60 frequenz. Außerdem liefert die Füllvorrichtung I einem Modulator zugeführt werden, in dem sie zur dieses erste Signal über einen Modulator 3 zu einem Modulation der zweiten Trägerwelle verwendet wer- zweiten it.anal B. Der Modulator 3 arbeitet mit einer den. Man erhält hierdurch den wesentlichen Vorteil, Trägerfrequenz höherer Frequenz als die Borddaß der größte Teil der für die Einrichtung benötig- frequenz.

ten elektrischen Energie dem normalen Bordnetz des 65 Die Modulatoren oder Moduliereinrichttingen 2

Schiffes entnommen werden kann und daß eine rela- und 3 können mit Vorteil als Drehmelder ausgebildet

tiv einfache und billige Quelle höherer Frequenz für sein, die mechanisch mit der als Geschwindigkeits-

die Rechenkanäle verwendet werden kann. Ein wei- kreisel ausgebildeten Fühlvorrichtung 1 gekoppelt

sind und in die zugeordneten Kanäle mit der betref- Welle einer Stabilisierungsflosse gekoppelt ist, steuert,

fenden Trägerfrequenz modulierte Signale eingeben. Die drehmomenterzeugendc Vorrichtung dient als

Der Block 4 entspricht einem Oszillator, der den Stellglied für die Schiffsstabilisierung, wobei im allge-

Modulator 3 mit höherfrequenier Energie versorgt. meinen mehrere derartige Vorrichtungen vorgesehen

Mit 5 ist ein Demodulator bezeichnet, dem das 5 sind, die in diesem Ausführungsbeispiel über die Lci-Ausgangssignal vom Modulator 3 zugeführt wird und tungen 23 bis 25 mit den erforderlichen Steuer- bzw. aa dessen Ausgang ein sich langsam änderndes Regelsignalen über entsprechende Steuer-oder Regel-(Gleichstrom) Signal auftritt, das in diesem Fall der kreise gesteuert werden können.
Schlingergeschwindigkeit ©entspricht. Dieses Signal Der Demodulator 17 weist ferner einen Eingang wird einer Recheneinrichtung D zugeführt, die in io auf, der von einem Hochleistungs-Drehmelder 22 geparallelen Stromzweigen einen Integrator 7 zum Er- liefert wird, wobei der Drehmelder 22 die Winkelzeugen des Schlingerwinkels Θ und einen Differentia- stellung der Flossenwelle 21 fühlt und so dem Detor zum Erzeugen der Schlingerbeschleunigung θ modulator 17 ein entsprechendes Rückmeldesignal enthält, wobei die Größen B und θ weitere Schiin- aufdrückt.

gervariablen darstellen, die zur Schlingerstabilisie- 15 Falls gewünscht wird, auch eine Schlagseitenkor-

rung benötigt werden. rektur einzuführen und bezüglich der Vertikalen zu

Nach geeigneter Einstellung (Maßstabseinstellung) stabilisieren, muß eine Bezugsgröße für die Vertikale

mit Hilfe der Potentiometer 8 und 9 werden die Si- eingegeben werden. Hierfür ist ein Pendel 11 vorge-

gnale (9 und & kombiniert und als Eingangsgröße sehen, das durch eine übliche Dämpfungseinrichtung,

einem Modulator 10 zugeführt, dessen Ausgangs- ao vorzugsweise einen Dämpfungszylinder, stark ge-

größe ein Signal mit der Frequenz der normalen dämpft ist. Dieses Pendel steuert mechanisch einen

Bordfrequenz ist, das durch das Gleichstrom-Ein- Drehmelder 12, der vom Bordnetz des Schiffes ge-

gangssignal moduliert ist. speist wird und ein elektrisches Äquivalent dtr Pen-

Der Ausgang des Modulators 10 wird mit dem delbmegung liefert.

vom Kanal A kommenden Signal, das mittels des 45 Dieses Signal wird in einen Kanal C eingespeist

Potentiometers 14 auf den gewünschten Maßstab und ist ein Maß für die durchschnittliche Abwei-

eingestellt ist, in einer Vorrichtung 16 zu einem zu- chung des Schiffes von der Vertikalen, da sein oszil-

sammengesetzten Regel- oder Steuersignal kombi- latorischer Inhalt vernachlHssigbar ist. Dieses Signal,

niert. Die Vorrichtung 16 kann mit Vorteil ein das die natürliche Schlagseite darstellt, wird nach

Wechselstrom-Summierverstärker sein. 30 Durchgang durch das zur Maßstabseinstellung die-

Das zusammengesetzte Ausgangssignal der Vor- nende Potentiometer 15 in geeigneter Weise im Verrichtung 16 steuert eine drehmomenterzeugende Vor- stärker 16 zu den anderen Funktionen addiert,
richtung 21, nachdem es durch einen Demodulator In der vorangehenden Beschreibung ist die Stabili-17 und eine Pufferstufe 18 (z. B. einen Kathoden- sierung von Schiffen mit Hilfe von Schlingerflosser oder Emitterfolger) hindurchgeleitet und dann einem 35 der Beschreibung zugrunde gelegt worden. Die Steue-Servoventil 19 eines Pumpensystems 20 aufgedrückt rung oder Regelung kann jedoch auch bei anderer ist, wobei dieses Servoventil eine drehmomenterzeu- Arten von Stabilisiereinrichtungen mit Vorteil ver gende Vorrichtung 21, die in diesem Falle mit der wendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

! 804 5Oi Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung einer StabUisierungseinrichtung für Schiffe, bei der eine von einem Meßgerät ermittelte SchJingergröße als erstes Signal verwendet wird und weitere durch elektrische Differentiation und/oder Integration erzeugte Schlingergrößen als weitere Signale ver- xo wendet werden und bei der Mittel vorgesehen sind, um das erste und die weiteren Signale zu einem vereinisten Signal für die Steuerung der gegendrehmomenterzeugenden Mittel der Stabilisierungseinrichtung zu kombinieren, wobei ein erster Kanal vorgesehen ist, der mit einer ersten Trägerwelle einer der normalen Bordfrequenz des Schiffes entsprechenden Frequenz versorgt wird, welche erste Trägerwelle mit dem ersten Signal moduliert wird, und wobei ferner ein zweiter Kanal vorgesehen ist, welcher an seinem Ausgang «ine zweite Trägerwelle mit derselben Frequenz wie die erste Trägerwelle aufweist, wobei diese zweite Trägerwelle mit den weiteren Signalen moduliert ist, dadurch gekennzeichnet, as daß am Eingang des zweiten Kanals (B) eine mit dem ersten Signal (Ö) modulierte Zwischenträger-Welle höherer Frequenz (Oszillator 4) vorgesehen ist und daß die Mittel (6, 7) zur elektrischen Differentiation und/oder Integration von dieser Zwischenträgerwelle nach ihter Demodulation versorgt werden und die entstehenden weiteren Signale (Θ, Θ) einem Modulator \IQ) zugeführt werden, in dem s.ie zur Modulation der zweiten Trägerwelle verwendet werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zurr. Erzeugen der als erstes Signal dienenden Schlingergröße (Ö) eine einzige Fühlvorrichtung (2) vorgesehen ist und daß der zweite Kanal (B) eine Moduliereinrichtung (3) 4<i aufweist, welche zum Betrieb mit der Zwischenträgerwelle höherer Frequenz ausgebildet und mit der Fühlvorrichtung (2) gekoppelt ist, so daß die Ausgangsgröße der Moduliereinrichtung (3) ein mit dem ersten Signal (Ö) moduliertes Signal höherer Frequem: ist, und daß die Mittel (6, 7) zur elektrischen Differentiation und/oder Integration mit der Moduliereinrichtung (3) verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung in an sich bekannter Weise einen Geschwindigkeitskreisel (1) aufweist, so daß die als erstes Signal dienende Schlingergröße die Schlingergeschwindigkeit (θ) ist, wobei die Moduliereinrichtung einen mit dem Kreisel (1) gekoppelten ersten Drehmelder (3) aufweist und daß die Drittel zur elektrischen Differentiation utid/oder Integration einen Integrator (7) und einen Differentiator (6) aufweisen, um aus der als erstes Signal dienenden Schlingergröße (Ö) die weiteren Schlingergrößen (<9 und &) abzuleiten, und daß die genannten Mittel (6, 7) über einen Demodulator (5) mit dem ersten Drehmelder (3) und über einen mit der normalen Bordfrequenz des Schiffes arbeitenden Modulator (10) mit den zum Kombinieren des ersten Signals und der weiteren Signale dienenden Mitteln (16) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur einer Schlagseite des Schiffes eine Schlagseitenkorrektureinrichtung vorgesehen ist, welche ein stark gedämpftes Pendel (IX) aufweist, das mit einem zweiten, mit der normalen Bordfrequenz des Schiffes arbeitenden Drehmelder (12) gekoppelt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der zum Kombinieren des ersten Signals und der weiteren Signale dienenden Mittel (16) verbunden ist, so daß das Ausgangssignal des zweiten Drehmelders (12) ein Bestandteil des zusammengesetzten Signals ist.