DE2746080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kursregelvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Derartige Kursregelvorrichtungen weisen Einrichtungen zur Einstellung eines gewünschten Kurses auf. Der tatsächliche Steuerkurs des Schiffes wird dauernd mit dem gewünschten Steuerkurs verglichen, so daß ein einen endlichen Wert aufweisendes Steuerkursfehlersignal erzeugt wird, sobald das Schiff von dem gewünschten Kurs abweicht. Das Steuerkursfehlersignal wird zur Korrekur der Ruderstellung verwendet, um das Schiff auf den gewünschten Steuerkurs zurückzuführen.

Zur Erzielung eines wirkungsvollen Betriebs weisen bekannte Kursregelvorrichtungen manuelle Steuereinrichtungen zur Optimierung der Betriebseigenschaften bei sich ändernden Wind- und Seebedingungen sowie bei sich ändernden Schiffsgeschwindigkeiten auf. Bei derartigen manuellen Einstellungen ist die Bedienungsperson jedoch in vielen Fällen nicht in der Lage, optimale Bedingungen zu erzielen, weil die Zeitkonstanten bei einem großen Schiff relativ lang sind. Bei derartigen Schiffen kann es erforderlich sein, eine Zeitperiode von zehn Minuten oder mehr abzuwarten, bevor die Bedienungsperson die Auswirkung einer manuellen Einstellung bestimmen kann. Die Einstellungen werden daher versuchsweise und häufig mit Fehlern ermittelt, so daß sich ein entsprechender Verlust an Betriebswirkungsgrad und eine Vergrößerung des Treibstoffverbrauchs ergibt.

Es ist weiterhin eine Kursregelvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt (DD-PS 1 00 338), deren Regelparameter derart automatisch veränderbar sind, daß im Bereich kleiner Kursfehler die Kursregelvorrichtung als Festwertregelung optimiert ist, während sie bei größeren Kursfehlern als Führungsregelungseinrichtung optimiert ist. Hierbei ist jedoch nur eine relativ grobe Anpassung an die herrschende See- und Windbedingungen sowie die Betriebsbedingungen des Schiffes möglich, so daß ein optimaler Wirkungsgrad aufgrund einer weitgehenden Verringerung des der Vorwärtsbewegung des Schiffes entgegenwirkenden Widerstandes nicht erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kursregelvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, den der Vorwärtsbewegung des Schiffes entgegenwirkenden Widerstand soweit wie möglich zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Kursregelvorrichtung verwendet Meßfühler, die geringfügige Änderungen des Steuerkursfehlers, des Ruderwinkels und der Geschwindigkeit feststellen, die zu klein sein würden, als daß sich von einer Bedienungsperson festgestellt werden könnten und diese Signale werden zur Ermittlung der optimalen Verstärkung und der Größe der Ruderverstellung verwendet.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kursregelvorrichtung wird der der Vorwärtsbewegung des Schiffes entgegenwirkende Widerstand bei allen Betriebsbedingungen soweit wie möglich verringert, wobei davon ausgegangen wird, daß dieser der Vorwärtsbewegung des Schiffes entgegenwirkende Gesamtwiderstand proportional zu einem Betriebseigenschaftsindex ist, der von dem quadrierten Ruderwinkel, dem quadierten Gehwinkel und einer Proportionalitätskonstante abhängt, die sich entsprechend der Art des Schiffes ändert. Bei der erfindungsgemäßen Kurs-Regelvorrichtung wird durch entsprechende Modifikation der Ruderbefehlssignale für jeden Betriebszustand des Schiffes ein möglichst kleiner Betriebseigenschaftsindex ermittelt, so daß der Betriebswirkungsgrad des Schiffes vergrößert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der wesentlichen Bauteile einer Ausführungsform der Kursregelvorrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Kursregelvorrichtung, wobei die Bauteile in einer Programmierschaltung und einer automatischen Verstärkungssteuerschaltung nach Fig. 1 gezeigt sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Bauteile der Steuerkurshaltevorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Bauteile einer Steuerkursänderungseinrichtung nach Fig. 1.

Der Betriebswirkungsgrad eines Schiffes hängt in großem Ausmaß von den Vortriebsverlusten ab, die während des normalen Betriebs auftreten, so daß es äußerst wünschenswert ist, den Gesamtströmungswiderstand oder den Widerstand gegen eine Vorwärtsbewegung des Schiffes zu verringern. Der Gesamt-Strömungswiderstand eines Schiffes kann als gleich der Summe des Strömungswiderstandes des Rumpfes und des Ruders betrachtet werden. Weil jedoch der Strömungswiderstand des Rumpfes durch die Schiffskonstruktion und die Beladebedingungen bestimmt ist, kann lediglich die Ruderbewegung gesteuert werden, um den Strömungswiderstand soweit wie möglich zu verringern.

Unter vorgegebenen Betriebsbedingungen bewirkt eine vergrößerte Gierung eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes des Schiffes, doch wird durch eine Vergrößerung des Ruderwinkels im Hinblick auf eine Verringerung der Gierung ebenfalls der Strömungswiderstand vergrößert. Daher erfordert ein optimaler Wirkungsgrad einen Ausgleich zwischen dem Ruderwinkel und der Gierung.

Das Problem wird weiterhin durch die Tatsache erschwert, daß ein optimaler Ausgleich zwischen Ruderwinkel und Gierung sich mit Wind- und Seebedingungen, Geschwindigkeit und dem Anstellwinkel des Schiffs gegenüber den Wellen ändert.

Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt, das Problem der Verringerung der Vortriebsverluste dadurch zu verringern, daß ein Betriebseigenschaftskriterium festgelegt wurde, das von der Summe des Quadrates des Steuerkursfehlers und eines Faktors abhängt, der das Quadrat des Ruderbefehlssignals anzeigt. Die Verwendung dieses Betriebseigenschaftskriteriums ergibt jedoch lediglich eine Teillösung, weil hierbei die Wirkung der Schiffsgeschwindigkeit vernachlässigt wird.

Wie es noch näher erläutert wird, wird die im folgenden beschriebene Kursregelvorrichtung so betrieben, daß der Wert des Betriebseigenschaftsindex J entsprechend der folgenden Gleichung soweit wie möglich verringert wird:

worin λ eine Proportionalitätskonstante ist, die von der Schiffskonstruktion und Beladung abhängt, worin U ² proportional zum Quadrat der Schiffsgeschwindigkeit ist, worin der Mittelwert des Quadrates der Steuerkursfehler, die während eines vorgegebenen Intervalls gemessen werden, und worin ein Maß des Quadrates der Ruderbefehlssignale gemessen über das gleiche Zeitintervall ist.

Die Anwendung und gerätemäßige Ausführung dieser Gleichung wird ausführlich erläutert.

Wie es aus Fig. 1 zu erkennen ist, arbeiten eine Programmier- und AGC-Schaltung 15 mit einer Steuerkursänderungseinrichtung (HC) 17 und einer Steuerkurshalteeinrichtung (HK) 19 zusammen. Die Programmier- und AGC-Schaltung 15 empfängt Signale, die die Schiffsgeschwindigkeit und den Steuerkursfehler darstellen und sie wählt die HC-Einrichtung aus, wenn ein Befehl für eine Steuerkursänderung gegeben wird, der oberhalb eines ausgewählten Schwellwertes liegt (typischerweise 3°). Die Programmierschaltung macht weiterhin eine Steuerkursfehler-Alarmschaltung unwirksam und hält den Inhalt eines Integrators in der HK-Einrichtung 19 und eines Registers in der AGC-Schaltung unter diesen Bedingungen fest. Wenn die befohlene Steuerkursänderung einen zweiten Schwellwert (typischerweise 15°C) überschreitet, werden der Integrator und das Register in einen Anfangszustand zurückgesetzt. Wenn die HC-Einrichtung 17 das Schiff in den Bereich des unteren Schwellwertes bringt, wird eine Zeitsteuerschaltung betätigt, die eine automatische Umschaltung auf die HK-Einrichtung 19 bewirkt, wenn der Steuerkursfehler für ein vorgegebenes Zeitintervall unterhalb des unteren Schwellwertes verbleibt.

Der AGC-Teil der Schaltung 15 führt die obenerwähnte J-Gleichung aus, vergleicht den jeweiligen Wert von J mit dem vorher gemessenen Wert von J und erzeugt ein AGC-Signal zur Einstellung der HK-Verstärkung in entsprechender Weise.

Der Aufbau und die Betriebsweise der Programmier- und AGC-Schaltung 15 nach Fig. 1 wird am besten anhand des Blockschaltbildes nach Fig. 2 verständlich. Die Bauteile der Schaltung nach Fig. 2 werden durch Zeitsteuersignale gesteuert, die von einer Steuereinheit 21 abgeleitet werden. Die Steuereinheit kann ihrerseits entsprechend von Signalen eingestellt werden, die von einem Zeitsteuerregister 23 empfangen werden, das zur Speicherung von Informationen bezüglich der Schiffsbeladung, gewünschter Meßintervalle und anderer Parameter verwendet wird. Ein manuell betätigter Schalter 25 wird geschlossen, wenn eine willkürliche Kursänderung durchgeführt werden soll, wie dies noch näher erläutert wird.

Ein üblicher Multiplexer 27 tastet aufeinanderfolgend von der zum jeweiligen Zeitpunkt wirksamen HK-Einrichtung abgeleitete Ruderbefehlssignale, Steuerkursfehlersignale und Geschwindigkeitssignale ab. Alle dem Multiplexer 27 zugeführten Signale weisen Analog-Format auf, so daß der Ausgang des Multiplexers aus Folgen von drei Analogsignalen besteht, die mit einer Rate und mit Intervallen auftreten, die von den Zeitsteuersignalen von der Steuereinheit 21 abhängen. Bei der einfachsten Ausführungsform könnte der Multiplexer durch einen Folgeschalter gebildet sein, obwohl im Handel erhältliche Multiplexer in Form von integrierten Schaltungen vorzuziehen sind.

Die Signale von dem Multiplexer 27 werden in einem Analog-/ Digitalkonverter 29 in Digitalform in Abhängigkeit von den Zeitsteuersignalen von der Steuereinheit 21 umgewandelt und in entsprechenden Registern 31, 33 und 35 gespeichert. Die drei Register 31, 33, 35 werden ebenfalls durch die gleichen Zeitsteuerimpulse von der Steuereinheit 21 gesteuert. Daher sind nach Auftreten des entsprechenden Impulses von der Steuereinheit 21 Binärinformationen, die den derzeitigen Wert des Ruderbefehlssignals, des Steuerkursfehlersignals und der Schiffsgeschwindigkeit darstellen, in den Registern 31, 33 und 35 gespeichert.

Vor dem Betrieb der Kursregelvorrichtung werden Binärinformationen, die die Schiffseigenschaften und die Beladung darstellen, in ein Register 37 eingegeben. In ähnlicher Weise werden binäre Informationen, die einen Nennwert von J und von AGC darstellen, in zwei Register 39 bzw. 41 eingegeben. Zu Beginn eines vorgegebenen Arbeitsablaufes werden die in den Registern 39 und 41 gespeicherten Informationen in zwei Register 43 bzw. 45 eingegeben, um einen nominellen Betriebswert auszubilden.

Der Betriebseigenschafts-Index J wird in einer arithmetischen Einheit 47 berechnet, die aus einer üblichen Kombination von üblichen Bauteilen besteht, um die notwendigen mathematischen Operationen in Abhängigkeit von einem Zeitsteuersignal von der Steuereinheit 21 durchzuführen. Grundsätzlich besteht die arithmetische Einheit 47 aus einer Kombination von üblichen Schaltungen zur Durchführung der folgenden Funktionen:

• 1. Eine binäre Quadrierschaltung zur Quadierung des aus dem Register 35 ausgelesenen Werts von U;
• 2. eine binäre Teilerschaltung zur Division des aus dem Register 37 ausgelesenen Wertes von λ durch den Wert des Schrittes;
• 3. eine binäre Quadrierschaltung zum Quadieren des Wertes von ψ _e aus dem Register 33;
• 4. eine binäre Multiplizierschaltung zur Multiplikation der Ergebnisse, die in den Schritten 2 und 3 gewonnen wurden;
• 5. eine binäre Quadrierschaltung zum Quadrieren des aus dem Register 31 ausgelesenen Wertes von δ; und
• 6. eine Summierschaltung zum Addieren der Ergebnisse, die in den vorstehenden Schritten 4 und 5 gewonnen wurden.

Üblicherweise ist es wünschenswert, Werte von ψ _e ² und δ² zu verwenden, die über ein festgelegtes Zeitintervall gemittelt sind, um zuverlässigere Ergebnisse zu erzielen. Dies kann dadurch erzielt werden, daß der Ausgang der entsprechenden binären Quadrierschaltungen in der arithmetischen Einheit üblichen Registern zugeführt wird, die die Daten aus den Schritten 1 und 3 für die gewünschte Anzahl von Meßintervallen akkumulieren, worauf die in diesen Registern gespeicherten Werte durch die ausgewählte Anzahl von Meßperioden dividiert wird.

Bei einer typischen Schaltung kann das Zeitsteuerregister 23 so eingestellt werden, daß die Steuereinheit 21 auf eine Betriebsart geschaltet wird, bei der Daten in den Registern 31 und 33 in die arithmetische Einheit 47 für mehrere Minuten eingelesen werden bevor ein Zeitsteuersignal von der Steuereinheit 21 an die arithmetische Einheit 47 angelegt wird, das den Befehl zur Berechnung des Wertes von J darstellt.

Der Wert von J wird einem J-Vergleicher 49 zusammen mit dem vorher in dem Register 43 gespeicherten Wert von J zugeführt. Daher wird bei der ersten Messung in einem vorgegebenen Arbeitslauf der dem Vergleicher 49 zugeführte Wert von J mit dem Wert von J verglichen, der anfänglich aus dem Anfangs-J-Register 39 in das Register 43 eingegeben wurde. Während darauffolgender Messungen wird der Wert von J von der arithmetischen Einheit 47 sowohl dem Vergleicher 49 als auch dem Register 43 zugeführt. Zur gleichen Zeit wird die in dem Register 43 während der vorhergehenden Messung gespeicherte Information in den J-Vergleicher eingegeben, so daß dieses Bauteil immer den während der laufenden Messung gewonnenen Wert von J mit dem Wert von J vergleicht, der während der vorhergehenden Messung gewonnen wurde. Die Ergebnisse dieses Vergleichs werden dem AGC- Register 45 zugeführt. Das Register 45 kann beispielsweise ein Vorwärts-/Rückwärts-Zähler oder ein äquivalentes Bauteil sein, das so angeschaltet ist, daß ein Signal von dem Vergleicher 49, das anzeigt, daß der Wert von J abgesunken ist, das Register 45 um einen Schritt in der gleichen Richtung wie die vorhergehende Änderung weiterschaltet. Wenn J größer wurde oder sich nicht geändert hat, wird das Register 45 um einen Schritt in der entgegengesetzten Richtung weitergeschaltet. Im Ergebnis ergibt dies eine Steuereinrichtung mit Suchbetrieb, die dauernd einen Minimalwert für J aufsucht. Der Ausgang des AGC-Registers 45 wir der HK-Einrichtung zugeführt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Schaltung nach Fig. 2 schließt weiterhin die Programmierschaltung ein, die einen Teil des Blockes 15 nach Fig. 1 bildet.

Ein Steuerkurs-Grenzwert-Vergleicher 51 empfängt binärkodierte Steuerkursfehlersignale von dem Analog-/Digitalkonverter 29 in Abhängigkeit von einem Zeitsteuerimpuls von der Steuereinheit 21. Die Ergebnisse des Vergleichs in dem Vergleicher 51 werden einer Wählschaltung 55 zugeführt. Die Wählschaltung 55 ist grundsätzlich ein Schaltelement, das geeignete Signale entweder an die HK-Einrichtung 19 oder die HC-Einrichtung 17 in Abhängigkeit von der Größe des Steuerkursfehlersignals anlegt.

Die Wählschaltung empfängt von den HK- und HC-Einrichtungen erzeugte Ruderbefehlssignale und das den Steuerkursfehler dar­ stellende Analogsignal von dem Eingang des Multiplexers 27. Wenn der Vergleicher 51 einen Steuerkursfehler innerhalb eines ersten Schwellwertes (wie z. B. 3°) festgestellt, schaltet die Wählschaltung 55 das Analog-Steuerkursfehlersignal an die HK-Einrichtung 19 an und das Ruderbefehlssignal von der HK-Einrichtung wird an die Ruderservoeinheit angeschaltet, die die Stellung des Ruders steuert. Wenn der Vergleicher 51 einen Steuerkursfehler feststellt, der größer als der oben erwähnte untere Schwellwert ist und wenn der Steuerkurswählschalter geschlossen ist, liefert die Wählschaltung 55 ein Haltesignal an die HK-Einrichtung 19, durch das der Inhalt eines Integrators in der HK-Einrichtung und der Inhalt des AGC-Registers beibehalten wird. Unter diesen Bedingungen wird das Analog-Steuerkursfehlersi­ gnal an die HC-Einrichtung 17 angeschaltet und das Ruderbefehls­ signal von der HC-Einrichtung 17 wird der Ruderservoeinheit zugeführt.

Die Wählschaltung 55 hält die HC-Einrichtung 17 in Betrieb, bis das Steuerkursfehlersignal wieder unter den oben erwähnten niedrigeren Schwellwert absinkt.

Wenn der Grenwert-Vergleicher 51 einen Steuerkursfehler oberhalb eines zweiten Schwellwertes feststellt, wie z. B. 15°, so schaltet die Wählschaltung 55 nicht nur den Betrieb auf die HC-Einrichtung 17 um, sondern liefert weiterhin ein Rücksetzsignal, das den Integrator in der HK-Einrichtung 19 und das AGC- Register auf einen neuen Anfangszustand zurücksetzt.

Es ist zu erkennen, daß, obwohl die Darstellung nach Fig. 2 andeutet, daß diskrete Bauteile für die Programmier- und AGC- Schaltung verwendet werden, ein Mikrocomputer so programmiert werden kann, daß er die verschiedenen Funktionen entsprechend gut bekannter Techniken durchführt.

Die Steuerkurshalteeinrichtung (HK) 19 nach Fig. 1 ist ausführlicher in Fig. 3 gezeigt.

Das Analog-Steuerkursfehlersignal wird der Schaltung nach Fig. 3 zugeführt, wenn die Wählschaltung 55 bestimmt, daß die HK-Einrichtung 19 das Ruderbefehlssignal an die Ruderservoeinheit liefern soll. Das binäre AGC-Signal von dem Register 45 (Fig. 2) wird der HK-Einrichtung 19 dauernd zugeführt. Schließlich werden Rücksetz- und Halte-Signale der HK-Einrichtung 19 von der Wählschaltung 55 zugeführt, wie dies weiter oben erläutert wurde.

Die HK-Einrichtung 19 schließt Differenzier-, Integrier- und Summiereinrichtungen ein, die so angeordnet sind, daß das von der HK-Einrichtung 19 erzeugte Ruderbefehlssignal eine Kombination eines proportionalen Steuerkursfehlersignals, eines Steuerkursfehler- Ratensignals und eines integrierten Steuerkursfehlersignals darstellt. Die Vorteile der Kombination derartiger Signale sind bekannt und beispielsweise in der britischen Patentschrift 12 93 780 erläutert.

Wie es im einzelnen aus Fig. 3 zu erkennen ist, wird das Steuerkursfehlersignal ψ _e einer proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung 57 und einem Differenzierer 59 zugeführt, der ein Ratensignal erzeugt. Das Ratensignal wird in einem Inverter 61 invertiert und einer Ratenverstärkungseinstelleinrichtung 63 zugeführt.

Es sei daran erinnert, daß das AGC-Signal entsprechend der neuen Gleichung für J abgeleitet wurde. Die proportionale Verstärkungseinstelleinrichtung 57 und die Raten-Verstärkungseinstelleinrichtung 63 verwenden dieses AGC-Signal zur Erzielung der gewünschten Betriebsart. Die proportionale Verstärkungseinstelleinrichtung 57 und die Raten-Verstärkungseinstelleinrichtung 63 bestehen jeweils im wesentlichen aus Verstärkungseinrichtungen und durch ein Binärsignal betätigten Abschwächeeinrichtungen.

Die Abschwächer in den Schaltungen 57 und 63 können zweckmäßigerweise im Handel erhältliche Bauteile, wie z. B. vom Typ AD7530 der Fa. Analogue Devices Incorporated sein. Entsprechend bekannter Techniken zur Einschaltung derartiger Elemente wird das binäre AGC-Signal dem Abschwächer in der proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung 57 so zugeführt, daß die Gesamtverstärkung der Einrichtung 57 direkt proportional zum AGC-Signal ist. Weiterhin wird entsprechend gut bekannter Techniken zum Anschluß dieser Bauelemente der Abschwächer in der Raten-Verstärkungseinstelleinrichtung 63 so angeschaltet, daß die Gesamtverstärkung in dieser Schaltung proportional zur Quadratwurzel des AGC-Signals ist.

Weiterhin ist ein Ratenfilter 65 zwischen dem Ausgang der Raten- Verstärkungseinstelleinrichtung 63 und dem Differenzierer 59 eingeschaltet, um eine konstante Ratensignal-Bandbreite bei sich ändernder Abschwächung, jedoch unter Frequenzverschiebung aufrechtzuerhalten.

Der Ausgang der proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung 57 wird einer üblichen Integrierschaltung 67 zugeführt, die durch Rücksetz- und Haltesignale in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird. Der Ausgang der proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung wird weiterhin einem Begrenzer 69 zusammen mit dem Ausgangssignal der Raten-Verstärkungseinstelleinrichtung 63 zugeführt. Der Begrenzer 69 ist ein übliches Bauelement, das eine lineare Verstärkung für alle Signale innerhalb eines festgelegten Amplitudenbereiches ergibt.

Weil der Integrator 67 Steuerkursfehlersignale verarbeitet, die die proportionale Verstärkungseinstelleinrichtung 57 durchlaufen haben, wird die Integratorverstärkung automatisch entsprechend von Änderungen der Empfindlichkeit eingestellt.

Schließlich werden die Ausgangssignale von dem Integrator 67 und dem Begrenzer 69 in einer Summierschaltung 71 kombiniert, um ein Ausgangs-Ruderbefehlssignal δ₀ zu liefern, das der Wählschaltung 55 nach Fig. 2 zugeführt wird.

Die Steuerkursänderungseinrichtung (HC) 17 nach Fig. 1 ist ausführlicher in Fig. 4 gezeigt. Wenn die Wählschaltung 55 (Fig. 2) die Betriebsweise auf die HC-Einrichtung 17 umschaltet, wird das Analog-Steuerkursfehlersignal einer Differenzier- und Summierschaltung 73 zugeführt, in der das Steuerkursfehlersignal differenziert und mit dem proportionalen Steuerkursfehlersignal kombiniert wird. Der Ausgang der Schaltung 73 wird einem eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Verstärker 75 zugeführt. Das differenzierte Signal wird mit dem proportionalen Signal in der Schaltung 73 kombiniert, um in wirksamer Weise eine Vorwegnahme-Funktion zu bilden, so daß ein Überschwingen entsprechend bekannter Prinzipien verhindert wird. Typischerweise schließt diese Schaltung Raten-Eicheinrichtungen zur Einstellung der RC-Konstante des Differenzierers ein, um seine Wirksamkeit entsprechend der Schiffseigenschaften und der Beladung so groß wie möglich zu machen.

Ein die Schiffsgeschwindigkeit darstellendes Analogsignal kann beispielsweise von einem von der Propellerwelle des Schiffes angetriebenen Tachometer gewonnen werden und wird direkt einem Begrenzer 77 sowie außerdem über einen Inverter 79 dem gleichen Begrenzer zugeführt. Der Begrenzer ist in üblicher Weise aufgebaut und stellt die Verstärkung des Verstärkers 75 als umgekehrte Funktion der Geschwindigkeit ein. Es ist verständlich, daß entsprechend üblicher Praxis das Steuerkursfehlersignal durch ein Gleichspannungssignal mit einer Größe gebildet ist, die die Größe des Steuerkursfehlers anzeigt, während die Polarität die Richtung des Steuerkursfehlers anzeigt. Um daher positive und negative Grenzwerte einzustellen, die Backbord- und Steuerbord-Steuerkursfehler darstellen, wird der Begrenzer 77 mit direkten und invertierten Bezugssignalen gespeist, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Die Verwendung und der Aufbau derartiger Begrenzer dieser allgemeinen Art ist in der Technik gut bekannt. Die britische Patentschrift 13 20 117 beschreibt beispielsweise die Verwendung ähnlicher Begrenzer, bei denen der Begrenzer eine Begrenzung der Wendegeschwindigkeit eines Schiffes als Funktion des Reziprokwertes der quadrierten Geschwindigkeit bewirkt.

Bei der dargestellen Schaltung wird jedoch die maximale Verstärkung des Verstärkers 75 als Funktion des Reziprokwertes der Geschwindigkeit begrenzt. Es ist bekannt, daß sich das Ruderdrehmoment als Funktion des Reziprokwertes der quadierten Geschwindigkeit ändert, so daß eine Begrenzung der Ruderbewegung als Funktion des Reziprokwertes der Geschwindigkeit eine angenähert konstante maximale Wendegeschwindigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit des Schiffes ergibt.

Der Ausgang des Verstärkers 75 wird einer Verstärkungseinstellschaltung 81 zugeführt, in der die Amplitude des Ruderbefehlssignals als Funktion des Reziprokwertes der quadrierten Geschwindigkeit eingestellt wird.

Die Kursregelvorrichtung eines Schiffes kann als eine Servoschleife betrachtet werden, wobei das Ruder einen Teil dieser Schleife bildet. In diesem Zusammenhang kann das Ruder so betrachtet werden, als ob es eine Verstärkung liefert, die abnimmt, wenn die Geschwindigkeit des Schiffes abnimmt. Um daher eine konstante Verstärkung in einem derartigen System zu erzielen, ist bei einer Verringerung der Geschwindigkeit des Schiffes ein größerer Ruderwinkel erforderlich, um eine konstante Gesamtschleifenverstärkung zu erzielen. Indem ein Ruderbefehlssignal δ₀ erzeugt wird, dessen Größe eine Funktion des Reziprokwertes der quadrierten Schiffsgeschwindigkeit ist, wird eine konstante Schleifenverstärkung über den gesamten normalen Geschwindigkeitsbereich aufrechterhalten.

Die Steuerkursänderungseinrichtung nach Fig. 4 ist üblich aufgebaut, jedoch mit der Ausnahme, daß sie eine automatische Empfindlichkeit ergibt, die eine inverse Funktion der quadierten Geschwindigkeit ist, sowie automatische Ruderbefehlsbegrenzungen, die eine inverse Funktion der Geschwindigkeit darstellen.

Der Steuerkursfehler-Einstellschalter 25 (Fig. 2) wird manuell geschlossen wenn eine willkürliche Kursänderung durchgeführt werden soll. Der Schalter 25 arbeitet über die Steuereinheit 21, den Steuerkursfehler-Vergleicher 51 und die Wählschaltung 55 derart, daß die Betriebsweise auf die HC-Schaltung 17 nur dann übertragen wird, wenn willkürliche Steuerkursänderungen durchgeführt werden sollen und die Steuerkursänderung größer als die vorher beschriebene untere Schwellwertgrenze ist.

Durch Einstellung der proportionalen und Ratenverstärkungen der Selbststeuereinrichtung als Funktion von J dient die beschriebene Schaltung zur Verringerung der Vortriebsverluste und nicht lediglich zur Verringerung von Steuerkursfehlern. Durch die Verwendung der Geschwindigkeit bei der Berechnung von J werden die Vortriebsverluste über den Bereich der Betriebsgeschwindigkeiten soweit wie möglich verringert.

Claims (9)

1. Kursregelvorrichtung für Schiffe mit einer Generatoreinrichtung zur Erzeugung eines dem Steuerkursfehler des Schiffes entsprechenden Signals, mit einer das Steuerkursfehlersignal empfangenden Regeleinrichtung zur Erzeugung von Ruderbefehlssignalen zur Verstellung des Ruders des Schiffes, wobei die Parameter der Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Größe des Steuerkursfehlers geändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Generatoreinrichtung zur Erzeugung eines der Schiffsgeschwindigkeit entsprechenden Signals vorhanden ist, daß die Regeleinrichtung eine Steuerkurshalteeinrichtung (19) zur Erzeugung eines ersten Ruderbefehlssignals, wenn das Steuerkursfehlersignal unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt, eine Steuerkursänderungseinrichtung (17) zur Erzeugung eines zweiten Ruderbefehlssignals, wenn das Steuerkursfehlersignal den Schwellwert überschreitet, und eine Auswahleinrichtung (55) zur Weiterleitung entweder des ersten oder zweiten Ruderbefehlssignals entsprechend der Größe des Steuerkursfehlersignals einschließt, daß die Steuerkursänderungseinrichtung (17) eine Einrichtung (81) zur automatischen Einstellung der Größe des sich beim vorliegenden Steuerkursfehler ergebenden zweiten Ruderbefehlssignals in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit aufweist, und daß die Steuerkurshalteeinrichtung (19) eine Einrichtung (27, 45, 47, 49, 57, 63) zur automatischen Einstellung der Größe des sich beim vorliegenden Steuerkursfehler ergebenden ersten Ruderbefehlssignals als Funktion der Schiffsgeschwindigkeit, des Steuerkursfehlersignals und des Ruderbefehlssignals einschließt.

2. Kursregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quadiereinrichtung (47) zur Erzeugung von Signalen vorgesehen ist, die den Wert des Quadrates der Schiffsgeschwindigkeit (U) des Steuerkursfehlers ( ψ _e ) bzw. des Ruderbefehlssignals ( δ _σ ) darstellen und daß die Funktion eine Funktion des Quadrates der Schiffsgeschwindigkeit, des Steuerkursfehlers und des Ruderbefehlssignals ist.

3. Kursregelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur automatischen Einstellung der Größe des ersten Ruderbefehlssignals in Abhängigkeit von Änderungen der Schiffsgeschwindigkeit Einrichtungen (45, 47, 49) zur Erzeugung eines automatischen Verstärkungssteuersignals (AGC) einschließen, das eine Funktion der Schiffsgeschwindigkeit ist, und daß die Steuerkurshalteeinrichtung (19) Einrichtungen (57, 59) zum Empfang des Steuerkursfehlersignals und des automatischen Verstärkungssteuersignals, eine Einrichtung (59) zum Differenzieren des Steuerkursfehlersignals, eine Einrichtung (63) zur Abschwächung des Steuerkursfehlersignals und des differenzierten Steuerkursfehlersignals als Funktion des Wertes des automatischen Verstärkungssteuersignals, wobei die Abschwächungseinrichtung (63) so eingestellt ist, daß die Abschwächung des differenzierten Signals gleich der Quadratwurzel der Abschwächung des Steuerkursfehlersignals ist, eine Einrichtung (67) zur Integration des abgeschwächten Steuerkursfehlersignals und eine Einrichtung (71) zur Kombination des abgeschwächten Steuerkursfehlersignals und des differenzierten Steuerkursfehlersignals mit dem integrierten abgeschwächten Steuerkursfehlersignal einschließt.

4. Kursregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27, 45, 47, 49, 57, 63) zur automatischen Einstellung der Größe des von der Steuerkurshalteeinrichtung (19) erzeugten Ruderbefehlssignals eine Einrichtung (27) zur Abtastung des Ruderbefehlssignals, des Steuerkursfehlersignals und des Geschwindigkeitssignals während eines festgelegten Meßintervalls, eine Recheneinrichtung (47) zur Quadrierung des Wertes jedes abgetasteten Signals, zur Division des Wertes des quadrierten Steuerkursfehlersignals durch den Wert des quadrierten Geschwindigkeitssignals und zur Addition des dividierten Wertes des quadrierten Steuerkursfehlersignals zum Wert des quadierten Ruderbefehlssignals zur Erzeugung eines Index, der die Betriebseigenschaften des Schiffes charakterisiert, einen Vergleicher (49) zum Vergleich des auf diese Weise gewonnenen Index mit dem in dem vorhergehenden Meßintervall gewonnenen Index, eine automatische Verstärkungssteuer-Registereinrichtung (45), eine Einrichtung (41) zur Voreinstellung der automatischen Verstärkungssteuer-Registereinrichtung auf einen Nennwert, und eine Einrichtung (43) zur Einstellung des in der automatischen Verstärkungssteuer-Registereinrichtung (45) gespeicherten Wertes in Abhängigkeit von in dem Vergleicher (49) festgestellten, sich ändernden Werten des Index einschließen, wobei die Einstelleinrichtungen in der Steuerkurshalteeinrichtung eine Abschwächungseinrichtung (63) einschließen, die in Abhängigkeit von dem in der automatischen Verstärkungssteuer-Registereinrichtung (45) gespeicherten Wert betätigbar ist.

5. Kurs-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (47) den Wert des quadrierten Steuerkursfehlersignals mit einer Konstanten multipliziert.

6. Kurs-Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Verstärkungs-Registereinrichtung (45) durch ein binäres Register gebildet ist, und daß die Einrichtungen (43, 49) zur Einstellung der in der automatischen Verstärkungssteuer-Registereinrichtung gespeicherten Werte eine Weiterschaltung der automatischen Verstärkungssteuer- Registereinrichtung (45) um einen Schritt in der gleichen Richtung wie in einem vorhergehenden Schritt bewirken, wenn der Vergleicher einen abnehmenden Wert des Index feststellt, während sie eine Weiterschaltung der automatischen Verstärkungssteuer-Registereinrichtung (45) um einen Schritt in der dem vorhergehenden Schritt entgegengesetzten Richtung bewirken, wenn der Vergleicher (49) eine Vergrößerung des Index feststellt.

7. Kurs-Regelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurshalteeinrichtung (19) eine proportionale Verstärkungseinstelleinrichtung (57) und eine Differenziereinrichtung (59) einschließt, die das Steuerkursfehlersignal empfängt, daß die proportionale Verstärkungseinstelleinrichtung (57) Signale von den automatischen Verstärkungssteuer- Registereinrichtungen (45) empfängt, die den Wert der darin gespeicherten Information darstellen, daß die proportionale Verstärkungseinstelleinrichtung (57) binäre Abschwächeeinrichtungen einschließt, die so eingestellt sind, daß sie eine Gesamtverstärkung ergeben, die proportional zu dem in den automatischen Verstärkungssteuer- Registereinrichtungen (45) gespeicherten Wert ist, daß die Differenziereinrichtung (59) mit einer weiteren Verstärkungseinstelleinrichtung (63) verbunden ist, daß die weitere Verstärkungseinstelleinrichtung (63) binäre Abschwächeeinrichtungen einschließt, die so eingestellt sind, daß sich eine Gesamtverstärkung ergibt, die proportional zur Quadratwurzel der in den automatischen Verstärkungssteuer- Registereinrichtungen (45) gespeicherten Werte ist, daß Begrenzereinrichtungen (69) zum Empfang der Ausgangssignale von der proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung (57) und der weiteren Verstärkungseinstelleinrichtung (63) angeschaltet sind, daß die Begrenzereinrichtungen (69) so eingestellt sind, daß sie Signale weiterleiten, die Amplituden lediglich innerhalb der Grenzen aufweisen, die durch die Größe des Ausgangssignals von der proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung (57) festgelegt sind, daß eine Integrationseinrichtung (67) zum Empfang der Ausgangssignale von der proportionalen Verstärkungseinstelleinrichtung (57) angeschaltet ist, und daß eine Summiereinrichtung (71) zur Lieferung eines Ruderbefehlssignals angeschaltet ist, das die Summe der Signale von der Integrationseinrichtung (67) und den Begrenzereinrichtungen (69) ist.

8. Kurs-Regelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurshalteeinrichtung (Fig. 4) weiterhin Rückführungseinrichtungen (65) einschließt, die vom Ausgang der weiteren Verstärkungseinstelleinrichtung (63) zur Differenziereinrichtung (59) angeschaltet ist, und daß die Rückführungseinrichtung einen in Reihe geschalteten Kondensator und Einstellwiderstandselemente einschließen.

9. Kurs-Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkursänderungseinrichtung Begrenzereinrichtungen (71) zum Empfang direkter und invertierter, die Schiffsgeschwindigkeit darstellender Signale, Differenzier- und Kombinationseinrichtungen (73) zum Empfang von Steuerkursfehlersignalen und einstellbare Einstellungen aufweisen, die die Signale von den Differenziereinrichtungen zu dem Steuerkursfehlersignal hinzuaddieren, Verstärkungseinrichtungen (75), die zum Empfang von Signalen von den Differenzier- und Kombinationseinrichtungen angeschaltet sind, wobei die Verstärkungseigenschaften der Verstärkereinrichtungen durch den Ausgang der Begrenzereinrichtungen gesteuert sind, und Verstärkungseinstelleinrichtungen (81) zur Erzeugung eines Ruderbefehlssignals in Abhängigkeit von dem Ausgang der Verstärkereinrichtungen einschließen, wobei die Verstärkungseinstelleinrichtungen weiterhin zum Empfang eines das Quadrat der Schiffsgeschwindigkeit darstellenden Signals angeschaltet und derart einstellbar sind, daß sich eine Verstärkung ergibt, die proportional zum Reziprokwert des Quadrats der Schiffsgeschwindigkeit ist.