DE2418702C2 - Electric course controller for a rudder-controlled vehicle - Google Patents
Electric course controller for a rudder-controlled vehicleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kursregler für ein rudergesteuertes Fahrzeug, insbesondere ein Schiff, bei welchem dem Eingang eines PI D-Reglers, der die Rudermaschine steuert, ein vom Kursfehler abhängiges Signal zugeführt wird, das durch VerstellungThe invention relates to an electric course controller for a rudder-controlled vehicle, in particular one Ship in which the input of a PI D controller that controls the steering gear has a course error dependent signal is supplied, which by adjustment
eines Kurssollwertgebers veränderlich ist.of a course setpoint generator is changeable.
!2 96 044) führt die Einstellung eines neuen Sollkurses! 2 96 044) sets a new target course
dazu, daß die Rudermaschine das Ruder auf dieto the fact that the rowing machine puts the rudder on the größtmögliche Ruderlage einstellt, um auf diese Weiseadjusts the rudder angle as much as possible in order to do this
den Istwert des Kurses in der geringstmöglichen Zeitthe actual value of the course in the shortest possible time auf den neuen Sollwert zu bringen. Das ist aber nichtto bring it to the new setpoint. But that is not immer erwünscht, weil das Ruder in seiner äußerstenalways desirable because the rudder is at its utmost
ίο hemmt.ίο inhibits.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Kursregler der vorstehend angegebenen Bauart so auszugestalten, daß man die Geschwindigkeit wählen kann, mit der sich bei einer Neueinstellung des Sollkurses der Istkurs ändert. Diese an sich neue Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem PID-Regler eine Additionsschaltung vorgeschaltet ist, deren Ausgang aus zwei Komponenten besteht, deren eine dem Kursfehler verhältnisgleich ist und deren jo andere durch eine Hilfsschaltung erzeugt wird, und einen mit wählbarer Geschwindigkeit sinkenden Anteil des Kursfehlersignals mit negativem Vorzeichen darstellt und daher den. PID-Regler befähigt. Änderungen des Sollkurses mit einer wählbaren Änderungsgeschwindigkeit des Istkurses zu beantworten.The invention is now based on the object of designing the electrical course controller of the type specified above in such a way that the speed at which the actual course changes when the target course is reset can be selected. This new per se task is inventively solved in that the PID controller, an addition circuit is connected upstream, the output of which consists of two components, one of which the heading error is relatively equal and their jo other is generated by an auxiliary circuit, and a declining with selectable velocity component of the heading error signal represents with a negative sign and therefore the. PID controller enabled. To answer changes in the target course with a selectable rate of change in the actual course.
Wird der Istkurs nur langsam geändert, dann genügt dazu ein verhältnismäßig kleiner Ruderwinkel. Dabei hemmt das Ruder die Fahrt des Schiffes nicht wesentlich.If the actual rate is only changed slowly, then it is sufficient plus a relatively small rudder angle. The rudder does not prevent the ship from moving significant.
Bei dem bekannten elektrischen Kursregler ist dem PID-Regler eine Totzonenschaltung vorgeschaltet, die bei dem eingangs erwähnten bekannten Kursregler als Mittelungseinrichtung ausgebildet ist. Damit die Wirkung dieser Totzonenschaltung durch Änderung des Sollkurses nicht beeinflußt wird, empfiehlt es sich, die erfindungsgemäß vorgesehene Additionsschaltung dieser Totzonenschaltung vorzuschalten. Am Eingang der Totzonenschaltung liegt also die erfindungsgemäß vorgesehene Additionsschaltung, und an ihrem Ausgang liegt der PID-Regler.In the known electrical course controller, the PID controller is preceded by a dead zone circuit which is designed as an averaging device in the known course controller mentioned at the beginning. So that the effect of this dead zone switching by changing the Set course is not influenced, it is advisable to connect the addition circuit provided according to the invention upstream of this dead zone circuit. At the entrance of the Dead zone circuit is therefore the addition circuit provided according to the invention, and at its output is the PID controller.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 4 bis 8 angegeben.Further expedient refinements of the invention are given in subclaims 2 and 4 to 8 specified.
Mehrere Ausführungsbeispiels der Erfindung seien nunmehr mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. In diesen zeigen an Hand von SchaltbildernSeveral exemplary embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the drawings explained. These show on the basis of circuit diagrams
F i g. 1 ein Blockschaltbild des Signalgebers und der Additionsschaltung des elektrischen Kursreglers nach der Erfindung,F i g. 1 is a block diagram of the signal generator and the Addition circuit of the electric course controller according to the invention,
Fig.2 die Additionsschaltung der Fig. 1 mit einer einzigen Hilfsschaltung,2 shows the addition circuit of FIG. 1 with a single auxiliary circuit,
Fig.3 graphische Darstellungen des zeitlichen Verlaufes des Kursfehlersignals und seiner Komponenten,Fig. 3 graphical representations of the temporal Course of the course error signal and its components,
F i g. 4 die Additionsschaltung der F i g. 1 mit mehreren durch Tasten wählbaren Hilfsschaltungen und F i g. 5 die Additionsschaltung der F i g. 1 mit einer Relaissteuerung der Kondensatoren.F i g. 4 shows the addition circuit of FIG. 1 with several auxiliary circuits that can be selected by buttons and F i g. 5 shows the addition circuit of FIG. 1 with a Relay control of the capacitors.
Ein Signalgeber 10 hat zwei Eingänge, deren einer 12 mit dem von Hand einstellbaren Sollkursgeber und deren anderer 14 mit einem Kreiselkompaß verbunden ist. Der Sollkursgeber liefert ein dem Sollkurs Φ» entsprechendes Signal, und der Kreiselkompaß liefert ein dem Istkurs Φ/ entsprechendes Signal. An seinem Ausgang 16 liefert der Signalgeber 10 ein dem Kursfehler 9s—Ψί entsprechendes Signal Ue. Bei dem bekannten elektrischen Kursregler wird dieses Ausgangssignal über die Totzonenschaltung dem EingangA signal transmitter 10 has two inputs, one 12 of which is connected to the manually adjustable setpoint course transmitter and the other 14 of which is connected to a gyro compass. The target course generator supplies a signal corresponding to the target course Φ », and the gyro compass supplies a signal corresponding to the actual course Φ /. At its output 16, the signal generator 10 supplies a signal Ue corresponding to the course error 9s-Ψί. In the case of the known electrical course controller, this output signal is sent to the input via the dead zone circuit
des PID-Reglers zugeführt, der die Rudermaschine steuert. Diese bewirkt jeweils eine solche Ruderlage, daß das Schiff in möglichst kurzer Zeit in den Sollkurs gesteuert wird, bei dessen Erreichen der Kursfehler zu Null wird. jof the PID controller that controls the steering gear. This causes such a rudder position in each case, that the ship is steered into the desired course in the shortest possible time, and the course error increases when it is reached Becomes zero. j
Wird während der Fahrt des Schiffes im Zeitpunkt η ein neuer Sollkurs ψ5 eingestellt, während der Istkurs Ψ, zunächst gleich bleibt, dann ergibt sich eine sprunghafte Abweichung der Kursfehlerspannung Ue von Null, wie es F i g. 3 oben zeigt. !0 If a new set course ψ 5 is set at the point in time η while the ship is moving, while the actual course Ψ, initially remains the same, then there is a sudden deviation of the course error voltage Ue from zero, as shown in FIG. 3 above shows. ! 0
Mangels besonderer Vorkehrungen würde das dazu führen, daß der PID-Regler die Rudermaschine veranlaßt, das Ruder hart zu legen, wodurch zwar das Schiff in der kürzestmöglichen Zeit auf den neuen Soilkurs gebracht würde, aber dadurch die Fahrt wesentlich gehemmt würde. Um das zu vermeiden, ist nun in der nachstehend beschriebenen Weise dafür Vorsorge getroffen, daß die dem PID-Regler zugeführte Fehlerspannung nicht sprunghaft, sondern nach der Verstellung des Sollkurses nur allmählich geändert wird. Dadurch wird erreicht, daß der PID-Regler mittels der Rudermaschine nur so viel Stützruder gibt, daß dadurch das Schiff allmählich auf den neuen Sollkurs gebracht wird.In the absence of special precautions, this would cause the PID controller to control the steering gear caused the rudder to be set hard, whereby the ship was on the new one in the shortest possible time Soil course would be brought, but the journey would be significantly inhibited as a result. To avoid that is now, in the manner described below, care has been taken to ensure that the Error voltage is not changed abruptly, but only gradually changed after the target course has been adjusted. This ensures that the PID controller only gives so much support rudder by means of the steering gear that it does so the ship is gradually brought onto the new target course.
Während der Sollkurs verstellt wird, wird nämlich dem PID-Regler eine Additionsschaltung 18, 20 vorgeschaltet, deren Ausgangsspannung aus zwei Komponenten besteht. Die eine Komponente ist Ue. Sie ist dem Kursfehler Ψϊ—Ψί verhältnisgleich. Die andere Komponente Us ist in ihrem zeitlichen Verlauf in Fig. 3 gezeigt. Sie stellt einen sinkenden Anteil des Kursfehlersignals dar und wird von der ersten Komponente Ue subtrahiert. Das Ergebnis ist eine Spannung Ua, deren zeitlicher Verlauf in F i g. 3 unten wiedergegeben ist. Diese Spannung beginnt im Zeitpunkt ti, von Null ausgehend mit geringer Geschwindigkeit zu steigen. Es ist nun diese Spannung Ua, die dem PID-Regler zugeführt wird, und zwar zweckmäßig über die Totzonenschaltung.While the set course is being adjusted, the PID controller is preceded by an addition circuit 18, 20, the output voltage of which consists of two components. One component is Ue. It is proportional to the course error Ψϊ — Ψί . The time course of the other component Us is shown in FIG. 3. It represents a falling portion of the course error signal and is subtracted from the first component Ue. The result is a voltage Ua, the course of which over time is shown in FIG. 3 is reproduced below. This voltage begins at time ti to rise from zero at a slow rate. It is now this voltage Ua, which is fed to the PID controller, specifically via the dead zone circuit.
Bei der Darstellung des zeitlichen Verlaufes der Spannungen Ue, l/sund Ua in F i g. 3 ist der Einfachheit halber unterstellt, daß während der Zeit, über die sich die graphische Darstellung erstreckt, der Istkurs Ψ, konstant bleibt. Nur wenn das der Fall wäre, würde die Signalspannung Ua auf den in F i g. Z dargestellten verhältnismäßig hohen Wert steigen, der zu der unerwünschten starken Ruderlage führen würde. In Wirklichkeit ändert sich der Istkurs Φ/ vom Zeitpunkt i< an derart, daß er sich dem Soilkurs nähen. Aus diesem Grunde bleibt Ua in Wirklichkeit wesentlich kleiner, als es in F ig. 3 dargestellt ist.In the representation of the time course of the voltages Ue, I / s and Ua in FIG. 3 it is assumed, for the sake of simplicity, that the actual course Ψ remains constant during the time over which the graphical representation extends. Only if that were the case would the signal voltage Ua be reduced to the level shown in FIG. Z increases the relatively high value shown, which would lead to the undesirable strong rudder angle. In reality, the actual course Φ / changes from time i < on in such a way that it approximates the soil course. For this reason, Ua is actually much smaller than it is in Fig. 3 is shown.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Additionsschaltung 18,20 ist in F i g. 2 wiedergegeben. Bei Verstellung des Sollkurses drückt man eine Taste 22. Während die der Kursfehlerspannung Ue verhältnisgleiche Komponente ys dem einen Eingang eines Rechenverstärkers 18 über einen Widerstand 24 zugeführt wird, wird die andere Komponente Us durch eine Hilfsschaltung 20 erzeugt und dem anderen Eingang des Rechenverstärkeis IH zugeführt, dessen Ausgang über die Totzoncnschaliiing (.0 mit dem Eingang des PID-Reglers verbunden ist.An exemplary embodiment of this addition circuit 18, 20 is shown in FIG. 2 reproduced. When the set course is adjusted, a button 22 is pressed. While the component ys, which is the ratio of the course error voltage Ue , is fed to one input of an arithmetic amplifier 18 via a resistor 24 , the other component Us is generated by an auxiliary circuit 20 and fed to the other input of the arithmetic amplifier IH, the output of which is connected to the input of the PID controller via the dead band circuit (.0.
Die Hilfsschaltung 20, die bei jeder Änderung des Sollkurses willkürlich durch Drücken der TaMe 12 cinschaltbar ist, enthält einen Kondensator 26, der Ihm Drücken der Taste 22 auf die dem Kiirsfehlei (<\ entsprechende Spannung Uf. aufgeladen wird und sich nach Loslassen der Taste 22 über einen einstellbaren Ableitwiderstand 28 und einen damit in Reihe lieuemlcu Widerstand 30 mit einer Geschwindigkeit entlädt, die man durch Einstellen des Widerstandes 28 wählen kann. Die Komponente Us ergibt sich am Ausgang eines Rechenverstärkers 32, dessen einer Eingang mit dem Kondensator 26 verbunden ist und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang und über zwei antiparailelgeschaltete Dioden 34,36 mit der die Widerstände 28 und 30 verbindenden Leitung verbunden ist. Bei Änderung des Sollkurses 1Ps in der einen Richtung ebenso wie bei Änderung des Sollkurses in der anderen Richtung legen die beiden Dioden 34,36 an den Ableitwiderstand 28 des Kondensators eine in beiden Fällen gleiche Potenlialdifferenz an.The auxiliary circuit 20, which arbitrarily is cinschaltbar each time the target course by pressing the TaMe 12, includes a capacitor 26, which. Is charged to him pressing the button 22 on the Kiirsfehlei (<\ corresponding voltage Uf and after releasing the button 22 via an adjustable bleeder resistor 28 and a resistor 30 in series with it at a rate that can be selected by adjusting the resistor 28. The component Us results at the output of a computing amplifier 32, one input of which is connected to the capacitor 26 and of which the other input is connected to the output and via two anti-parallel connected diodes 34,36 to the line connecting the resistors 28 and 30. When the target course 1 Ps is changed in one direction as well as when the target course is changed in the other direction, the two diodes 34 apply , 36 to the bleeder resistor 28 of the capacitor a potential difference that is the same in both cases nz.
In F i g. 3 ist der Zeitpunkt, in welchem man die Taste 22 wieder losläßt, mit η bezeichnet. Von diesem Zeitpunkt an sinkt die Spannung Us. Sie wird über einen Widerstand 38 mit negativem Vorzeichen dem zweiten Eingang des Rechenverstärkers 18 zugeführt. An dessen Ausgang entsteht daher das Kursfehlersignal Ua, dessen zeitlicher Verlauf in F i g. 3, unten, wiedergegeben ist.In Fig. 3 is the point in time at which the key 22 is released again, denoted by η. From this point in time on, the voltage Us drops. It is fed to the second input of the computing amplifier 18 via a resistor 38 with a negative sign. The course error signal Ua is therefore produced at its output, the course of which is shown over time in FIG. 3, below.
Vorzugsweise enthält die Additionsschaltung mehrere Hilfsschaltungen, die verschieden schnell absinkende negative Komponenten Us bilden. Durch Tasten kann man jeweils eine dieser Hilfsschaltungen auswählen. Das ist in F i g. 4 gezeigt, wo zusätzlich zur Hilfsschaltung 20 noch eine gleichartig ausgestaltete Hilfsschaltung 20' vorgesehen ist, deren Einschalttaste 22' an Stelle der Taste 22 gedrückt werden kann, wenn man den Sollkurs ändert. Die von der Hilfsschaltung 20' erzeugte Komponente Usi weicht von der Komponente Us\ der Hilfsschaltung 20 ab. Man kann daher durch Wahl der Taste 22 oder der Taste 22' willkürlich bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit sich der Istkurs beginnend mit dem Zeitpunkt ß ändern soll. Bei der in F i g. 5 veranschaulichten Ausführungsform haben die durch Tasten 122 und 122' wählbaren Hilfsschaltungen einen gemeinsamen Rechenverstärker 132, im Gegensatz zur Ausführungsform der F i g. 4, be: der jede der beiden durch die Tasten 22 und 22' wählbaren Hilfsschaltungen einen eigenen Rechenverstärker 32 aufweist. Das ist dadurch ermöglicht, daß den Tastenschaltern 122 und 122' ein gemeinsames Relais zugeordnet ist, dessen Spule 140 durch einen unteren Kontaktsatz 142 des Tastenschalters 122 erregt wird. Die oberen Kontaktsätze 144 bzw. 144' der beiden Tasten wirken verschieden. Drückt man nämlich die Taste 122, dann schaltet ihr Kontaktsatz 144 über den Relaisschalter 146 zwei Kondensatoren 148 und 150 in Parallelschaltung an Ableitwiderstände 128 und 130. welche die gleiche Funktion haben wie die Ableitwidersiändc 28 und 30 in F i g. 2. Drückt man aber die Taste 122'. dann wird die Relaiswicklung 140 stromlos gemacht, nämlich ihre Klemmen beide geerdet. Infolgedessen wird nur der Kondensator 150 mit der Spannung Ui: aufgeladen. Ein Haltekontakt 152 des Relais bleibt beim Loslassen der Taste 122 erregt und öffnet sieh erst wieder, wenn die Taste 122' gedrückt wiiil. |e nach der Steuerung des Relais durch den l'aslensehultcr 122 oder durch den Tastenschalter \22' weiden also die beiden Kondensatoren 148 und 150 parallel eingeschaltet, oder es wird nur der eine Kondensator 150 eingeschaltet.The addition circuit preferably contains a plurality of auxiliary circuits which form negative components Us which decrease at different rates. One of these auxiliary circuits can be selected by pressing the buttons. That is in Fig. 4, where, in addition to the auxiliary circuit 20 , a similarly configured auxiliary circuit 20 'is provided, the switch-on button 22' of which can be pressed in place of the button 22 when changing the set course. The component Usi generated by the auxiliary circuit 20 ′ differs from the component Us \ of the auxiliary circuit 20 . One can therefore arbitrarily determine, by selecting the key 22 or the key 22 ' , at what speed the actual course should change beginning with the point in time β. In the case of the FIG. In the embodiment illustrated in FIG. 5, the auxiliary circuits selectable by keys 122 and 122 'have a common computational amplifier 132, in contrast to the embodiment of FIG. 4, be: each of the two auxiliary circuits that can be selected by the keys 22 and 22 ' has its own arithmetic amplifier 32. This is made possible by the fact that the key switches 122 and 122 'are assigned a common relay, the coil 140 of which is excited by a lower contact set 142 of the key switch 122. The upper contact sets 144 and 144 'of the two buttons act differently. If you press the button 122, then its contact set 144 switches two capacitors 148 and 150 in parallel to bleeder resistors 128 and 130 via the relay switch 146, which have the same function as the bleeder resistors 28 and 30 in FIG. 2. But if you press key 122 '. then the relay winding 140 is de-energized, namely its terminals are both grounded. As a result, only the capacitor 150 is charged with the voltage Ui : . A holding contact 152 of the relay is energized when releasing the key 122 and opens check again when the button 122 'pressed wiiil. After the relay has been controlled by the sensor 122 or the key switch 22 , the two capacitors 148 and 150 are switched on in parallel, or only one capacitor 150 is switched on.
Hei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist vorzugsweise der Tastenschalter 22 mit dem Sollkuis einsteller derart verbunden, daß er bei jedesmaliger Verstellung des Sollkurseinstellers gedruckt wird. Π;ΐν kann z. H. in der Weise geschehen, dall man den SollkiirseinMeller nur nach vorherigem Onuken desIn the exemplary embodiment according to FIG. 2 , the key switch 22 is preferably connected to the Sollkuis adjuster in such a way that it is printed each time the Sollkurseinstellers is adjusted. Π; ΐν can e.g. H. can be done in such a way that the SollkiireinMeller can only be called after the onuken of the
Drchknopfcs verstellen kann, wobei die Kontakte verbunden werden, und daß nach erfolgter Verstellung der Drehkopf losgelassen wird und die Kontakte sich dabei wieder öffnen.Drchknopfcs can be adjusted, the contacts are connected, and that after adjustment the rotary head is released and the contacts open again.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (7)
Priority Applications (6)
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