RU116834U1

RU116834U1 - TWO CHANNEL ELECTRIC HYDRAULIC STEERING DRIVE FOR HIGH-SPEED VESSELS

Info

Publication number: RU116834U1
Application number: RU2011137085/11U
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Сидоренко; Владимир Александрович Подлипалин; Борис Юрьевич Старков; Константин Сергеевич Дистранов; Леонид Иванович Головко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "АНФАС"
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-06-10

Abstract

Двухканальный электрогидравлический рулевой привод для высокоскоростных судов, содержащий два усилительно-преобразующих блока, подключенных по сигналам управления через электронные ключи к соответствующим обмоткам электромеханического преобразователя электрогидравлического усилителя рулевого агрегата типа «сопло-заслонка», гидравлически связанного с золотниковым гидрораспределителем, который кинематически связан с индукционным датчиком обратной связи привода по положению золотника и гидравлически связан с гидродвигателем, кинематически связанным с индукционным датчиком обратной связи привода по положению поршня гидродвигателя рулевого агрегата, который подключен к первым входам усилительно-преобразующих блоков, вторые входы которых соединены с выходом датчика обратной связи электрогидравлического усилителя рулевого агрегата, входы запитки датчиков обратной связи которого подключены к выходам соответствующих усилителей, подключенных к генератору синусоидального напряжения, третьи входы усилительно-преобразующих блоков подключены к соответствующим шинам входных сигналов заданного положения руля, а управляющие входы электронных ключей подключены к соответствующим шинам внешних сигналов отключения каналов привода, отличающийся тем, что усилительно-преобразующие блоки каналов привода выполнены в виде цифровых микроконтроллеров, реализующих функции аналого-цифрового преобразования и фазочувствительного выпрямления, цифроаналогового преобразования и генерации синусоидального напряжения и формирования сигнала самоконтроля, при этом выходы синусоидального напряжения микроко� Two-channel electro-hydraulic steering gear for high-speed vessels, containing two amplifying-converting units, connected by control signals through electronic keys to the corresponding windings of the electro-mechanical converter of the electro-hydraulic power steering unit of the "nozzle-flap" type, hydraulically connected to a spool valve, which is kinematically connected to an induction sensor feedback of the drive according to the position of the spool and is hydraulically connected with the hydraulic motor, kinematically connected with the inductive feedback sensor of the drive according to the position of the piston of the hydraulic motor of the steering unit, which is connected to the first inputs of the amplifying-converting units, the second inputs of which are connected to the output of the feedback sensor of the electro-hydraulic amplifier of the steering unit , the inputs for powering the feedback sensors of which are connected to the outputs of the corresponding amplifiers connected to the sinusoidal voltage generator, the third inputs amplifying-converting units are connected to the corresponding buses of input signals of a given rudder position, and the control inputs of electronic keys are connected to the corresponding buses of external signals for disconnecting the drive channels, characterized in that the amplifying-converting units of the drive channels are made in the form of digital microcontrollers that implement the functions of analog-digital conversion and phase-sensitive rectification, digital-to-analog conversion and generation of sinusoidal voltage and formation of a self-control signal, while the outputs of the sinusoidal voltage of the micro

Description

Предлагаемая полезная модель относится к судостроению, в частности к рулевым приводам для создания поперечной силы, обеспечивающей управление движением судна по курсу, например, для поворота руля судна в заданное положение.The proposed utility model relates to shipbuilding, in particular to steering drives for creating lateral force, providing control of the vessel’s movement in the course, for example, to turn the steering wheel of the vessel to a predetermined position.

Известно, что рулевые приводы являются наиболее ответственными механизмами на судах. От их эффективности и надежности зависит безопасность плавания и экономические показатели работы судов. К этим механизмам предъявляются высокие требования. В частности, обязательным требованием Российского Морского Регистра Судоходства в настоящее время является наличие в рулевом устройстве каждого судна двух рулевых приводов: основного и вспомогательного. Для скоростных судов требования еще более жесткие.It is known that steering gears are the most critical mechanisms on ships. The safety of navigation and the economic performance of ships depend on their effectiveness and reliability. These mechanisms have high requirements. In particular, a mandatory requirement of the Russian Maritime Register of Shipping is currently the presence of two steering gears in the steering gear of each vessel: the main and the auxiliary. For high-speed vessels, the requirements are even more stringent.

Известен предназначенный для судовождения рулевой привод, состоящий из последовательно соединенных усилительно-преобразующего блока и рулевой машины (рулевого агрегата), сигналы гибкой и жесткой обратной связи с которой через схему сравнения (сумматор) вместе с сигналом заданного положения руля подаются на вход усилительно-преобразующего блока. (см. книгу «Системы автоматического управления движением судна» авторов Вагущенко Л.Л. и Цымбал Н.Н. Одесса, «Феникс», 2007, стр.166, 245).A steering wheel drive intended for navigation is known, consisting of a series-connected power-converting unit and a steering machine (steering unit), the signals of which are flexible and rigid feedback through a comparison circuit (adder) together with a signal of a preset steering position are fed to the input of the power-converting unit . (see the book "Systems of automatic control of the vessel’s movement" by L. L. Vaguschenko and N. N. Tsymbal Odessa, "Phoenix", 2007, p. 166, 245).

Известный рулевой привод обладает тем недостатком, что при отказе усилительно-преобразующего блока привод перестает функционировать, что в случае использования его на скоростных судах может привести к аварии, связанной с безопасностью людей.The known steering gear has the disadvantage that in case of failure of the power-converting unit, the drive ceases to function, which, if used on high-speed vessels, can lead to an accident related to human safety.

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенной полезной модели является привод для управления рулем скоростного судна, содержащий два усилительно-преобразующего блока, связанных через электронные ключи, подключенные к внешним сигналам отключения каналов привода, с соответствующими обмотками электромеханического преобразователя электрогидравлического рулевого агрегата с электрогидравлическим усилителем типа «сопло-заслонка» и двумя индукционными датчиками обратной связи по положению золотника электрогидравлического усилителя и по положению гидравлически связанного с ним поршня гидродвигателя рулевого агрегата. Входные сигналы заданного положения руля поступают на соответствующие входы усилительно-преобразующих блоков, представляющих собой последовательно соединенные сумматор и усилитель. Датчики обратных связей рулевого агрегата запитываются от генератора синусоидального напряжения, а выходы датчиков подключены к соответствующим блокам фазочувствительного выпрямления, соединенных по входам через диоды с подключенному к генератору компаратору. Выходы блоков фазочувствительного выпрямления подключены к соответствующим входам усилительно-преобразующих блоков и входу сигнала текущего положения руля (см. схему электрическую принципиальную усилителя привода УПР-7-1 АПТЛ.468739.001Э3 в авторулевом АР «АГАТ-М» АПТЛ.4612224.001 с рулевым агрегатом типа РА-3 (РА3-000 ТУ) изготовления ОАО ПМЗ «Восход», который успешно эксплуатируется с 1997 года.)According to a set of similar essential features, the closest to the proposed utility model is a drive for controlling the steering wheel of a high-speed vessel, containing two power-converting units connected via electronic keys connected to external drive channel disconnection signals, with the corresponding windings of the electromechanical converter of the electro-hydraulic steering unit with an electro-hydraulic amplifier “nozzle-flapper” type and two induction feedback sensors for the position of the spool e ektrogidravlicheskogo amplifier and position hydraulically associated piston hydraulic steering unit. The input signals of the preset steering position are received at the corresponding inputs of the amplifier-converting units, which are a series-connected adder and amplifier. The steering unit feedback sensors are powered by a sinusoidal voltage generator, and the sensor outputs are connected to the corresponding phase-sensitive rectification units connected at the inputs through diodes to a comparator connected to the generator. The outputs of the phase-sensitive rectification units are connected to the corresponding inputs of the power-converting units and the input of the signal of the current rudder position (see the electrical circuit diagram of the drive amplifier UPR-7-1 APTL.468739.001E3 in the automatic steering AR "AGAT-M" APTL.41222424.001 with steering unit RA-3 (RA3-000 TU) manufactured by PMZ Voskhod OJSC, which has been successfully operated since 1997.)

В известном двухканальном приводе парируется отказ одного из усилительно-преобразующих блоков путем отключения отказавшего канала вручную с пульта управления авторулевого или автоматически с канальных вычислителей авторулевого с помощью соответствующего электронного ключа.In the well-known two-channel drive, the failure of one of the amplifier-converting units is parried by turning off the failed channel manually from the steering wheel control panel or automatically from channel steering wheel calculators using the corresponding electronic key.

Известный привод обладает следующими недостатками, вытекающими из аналогового исполнения привода:The known drive has the following disadvantages arising from the analog version of the drive:

1. В известном двухканальном приводе не происходит автоматическое отключение отказавшего канала при отказе одного из усилительно-преобразующих блоков самого привода.1. In the well-known two-channel drive, the failed channel does not automatically turn off when one of the amplifier-converting units of the drive itself fails.

2. При отказе одного из каналов известного привода в другом канале не происходит автоматическое увеличение передаточного коэффициента по току управления для сохранения динамических характеристик привода.2. If one of the channels of a known drive fails in another channel, an automatic increase in the transfer coefficient of the control current does not occur to maintain the dynamic characteristics of the drive.

3. Привод имеет большое количество регулировочных потенциометров для настройки нулей и коэффициентов усиления.3. The drive has a large number of adjusting potentiometers for adjusting zeros and gains.

4. В известном приводе для повышения точности отработки сложно учитывать нелинейности и неодинаковости наклона характеристик датчиков обратной связи для разных направлений движения привода от нулевого положения, проводить тарировку датчиков, автоматизированную настройку привода и добиться стабильности характеристик в условиях внешних воздействий.4. In the known drive, to increase the accuracy of testing, it is difficult to take into account the non-linearity and unevenness of the slope of the feedback sensors for different directions of movement of the drive from the zero position, calibrate the sensors, automatically configure the drive and achieve stability under external influences.

5. При использовании известного привода трудно достичь универсальности его применения для разных рулевых агрегатов, например, для РА-3 и РА-1.5. When using the known drive it is difficult to achieve the universality of its application for different steering units, for example, for RA-3 and RA-1.

6. Для известного привода ограничено из-за возможных помех расстояние до источника и приемника аналогового сигнала заданного и текущего положения руля.6. For a known drive, the distance to the source and receiver of the analog signal of the preset and current steering position is limited due to possible interference.

Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача устранения перечисленных недостатков известного аналогового привода и создание двухканального цифрового электрогидравлического привода для высокоскоростных судов.The claimed utility model was tasked with eliminating the listed disadvantages of the known analog drive and creating a two-channel digital electro-hydraulic drive for high-speed vessels.

Поставленная задача решается тем, что предложен двухканальный электрогидравлический рулевой привод для высокоскоростных судов, содержащий два усилительно-преобразующих блока, подключенных по сигналам управления через электронные ключи к соответствующим обмоткам электромеханического преобразователя электрогидравлического усилителя рулевого агрегата типа «сопло-заслонка», гидравлически связанного с золотниковым гидрораспределителем, который кинематически связан с индукционным датчиком обратной связи по положению золотника и гидравлически связан с гидродвигателем, кинематически связанным с индукционным датчиком обратной связи по положению поршня гидродвигателя рулевого агрегата, который подключен к первым входам усилительно-преобразующих блоков, вторые входы которых соединены с выходом датчика обратной связи электрогидравлического усилителя рулевого агрегата, входы запитки датчиков обратной связи которого подключены к выходам соответствующих усилителей, подключенных к генератору синусоидального напряжения, третьи входы усилительно-преобразующих блоков подключены к соответствующим шинам входных сигналов заданного положения руля, а управляющие входы электронных ключей подключены к соответствующим шинам внешних сигналов отключения каналов привода.The problem is solved by the fact that the proposed two-channel electro-hydraulic steering gear for high-speed vessels, containing two power-converting units connected via control signals via electronic keys to the corresponding windings of the electromechanical converter of the electro-hydraulic power steering of the nozzle-damper type, hydraulically connected to the spool valve , which is kinematically connected with the induction feedback sensor for the position of the spool and g hydraulically connected to the hydraulic motor kinematically connected to the induction feedback sensor for the position of the piston of the hydraulic motor of the steering unit, which is connected to the first inputs of the power-converting units, the second inputs of which are connected to the output of the feedback sensor of the electro-hydraulic amplifier of the steering unit, the power supply inputs of the feedback sensors of which are connected to the outputs of the respective amplifiers connected to a sinusoidal voltage generator, the third inputs of the amplifier-transforming units s connected to the corresponding input buses predetermined steering and control inputs of the electronic switches connected to respective external buses off drive signal channels.

Новым в предложенном устройстве является то, что усилительно-преобразующие блоки каналов привода выполнены в виде цифровых микроконтроллеров, реализующих функции аналого-цифрового преобразования и фазочувствительного выпрямления, цифро-аналогового преобразования и генерации синусоидального напряжения и формирования сигнала самоконтроля, при этом выходы синусоидального напряжения микроконтроллеров для запитки датчиков обратной связи рулевого агрегата подключены ко входам усилителей запитки через электронный переключатель, управляющий вход которого соединен с выходом сигнала самоконтроля первого микроконтроллера, который подключен также к управляющему входу первого электронного ключа и к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу сигнала самоконтроля второго микроконтроллера, к четвертому входу первого микроконтроллера и к управляющему входу второго электронного ключа, выход элемента ИЛИ является выходом сигнала самоконтроля привода, третий вход каждого из микроконтроллеров подключен к шине сигналов заданного и текущего положения руля через приемо-передатчик цифрового двунаправленного канала связи, пятый вход второго микроконтроллера подключен к выходу однонаправленного цифрового интерфейса первого микроконтроллера, а первые и вторые микроконтроллер, электронный ключ и приемо-передатчик образуют соответственно первый и второй канальные вычислители привода.New in the proposed device is that the amplifier-transforming blocks of the drive channels are made in the form of digital microcontrollers that implement the functions of analog-to-digital conversion and phase-sensitive rectification, digital-to-analog conversion and generation of a sinusoidal voltage and generating a self-monitoring signal, while the outputs of the sinusoidal voltage of the microcontrollers for power steering feedback sensors connected to the inputs of power amplifiers through an electronic switch, control the main input of which is connected to the output of the self-control signal of the first microcontroller, which is also connected to the control input of the first electronic key and to the first input of the OR logic element, the second input of which is connected to the output of the self-control signal of the second microcontroller, to the fourth input of the first microcontroller and to the control input of the second electronic key, the output of the OR element is the output of the drive self-control signal, the third input of each of the microcontrollers is connected to the signal bus of the given and current its steering position through the transceiver of the digital bidirectional communication channel, the fifth input of the second microcontroller is connected to the output of the unidirectional digital interface of the first microcontroller, and the first and second microcontroller, electronic key and transceiver form respectively the first and second channel calculators of the drive.

Технический результат заявленной полезной модели состоит в получении большей точности отработки приводом заданных значений и более стабильных характеристик привода, возможности автоматизации его поканальной настройки через цифровые интерфейсы, придании приводу большей гибкости и универсальности за счет возможности изменения характеристик привода программным путем, возможности удаления источника и приемника цифрового сигнала от привода и сохранении его динамических характеристик при отказе одного из вычислителей привода, а также в отключении отказавшего канала привода по сигналу самоконтроля.The technical result of the claimed utility model consists in obtaining greater accuracy with which the drive fulfills set values and more stable drive characteristics, the ability to automate its channel-by-channel adjustment via digital interfaces, giving the drive greater flexibility and versatility due to the ability to change drive characteristics programmatically, and the ability to remove the source and receiver of a digital the signal from the drive and maintaining its dynamic characteristics in case of failure of one of the drive calculators, as well as in disconnecting a failed drive channel by a self-monitoring signal.

На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленного устройства.The figure shows a functional block diagram of the claimed device.

Заявленное устройство содержит выполненные в виде цифровых микроконтроллеров усилительно-преобразующие блоки 1, соединенные с соответствующими электронными ключами 2 и приемо-передатчиками 3 цифровых каналов связи 4, образующих два дублирующих друг друга канальных вычислителя 5 и 6 привода. Каждый из вычислителей каналов 5 и 6 привода по сигналам управления подключен к соответствующей обмотке управления заслонкой электромеханического преобразователя 7 рулевого агрегата 8 (на чертеже не показаны). Электромеханический преобразователь 7 гидравлически связан с гидрораспределителем 9 с золотниковым механизмом, который кинематически связан с индукционным датчиком обратной связи 10 по положению золотника электрогидравлического усилителя 11, включающего в себя блоки 7, 9 и 10 рулевого агрегата 8. Золотниковый гидрораспределитель 9 гидравлически связан с гидродвигателем 12 рулевого агрегата 8, кинематически связанным с индукционным датчиком обратной связи 13 по положению поршня гидродвигателя 12 рулевого агрегата 8. Сигналы с выходов обоих датчиков обратной связи 10 и 13 рулевого агрегата 8 поступают на входы микроконтроллеров 1 вычислителей привода 5 и 6, связанных друг с другом однонаправленным цифровым каналом связи 14 и сигналами самоконтроля, при этом сигнал самоконтроля с выхода микроконтроллера 1 вычислителя привода 5 дополнительно поступает на первый управляющий вход электронного ключа 2 вычислителя 5, на управляющий вход электронного переключателя 15 и на первый вход логического элемента ИЛИ 16, а сигнал самоконтроля микроконтроллера 1 вычислителя привода 6 дополнительно поступает на первый управляющий вход электронного ключа 2 вычислителя привода 6 и второй вход логического элемента ИЛИ 16. Синусоидальные напряжения запитки датчиков обратной связи 10 и 13 с выходов микроконтроллеров 1 вычислителей 5 и 6 подключены к соответствующим входам электронного переключателя 15, подключенного к входам датчиков обратной связи 10 и 13 рулевого агрегата 8 через усилители 17 и 18 соответственно. На вторые управляющие входы электронных ключей вычислителей привода 5 и 6 поданы внешние сигналы 19 и 20 отключения первого и второго каналов привода, например, из пульта управления авторулевого или из его канальных вычислителей, а сигнал 21 с выхода логического элемента ИЛИ является сигналом самоконтроля привода вцелом.The claimed device contains amplifier-converting blocks 1 made in the form of digital microcontrollers, connected to corresponding electronic keys 2 and transceivers 3 of digital communication channels 4, which form two duplicate channel drive computers 5 and 6. Each of the calculators of the drive channels 5 and 6 is connected by control signals to a corresponding control winding of the shutter of the electromechanical converter 7 of the steering unit 8 (not shown in the drawing). The electromechanical converter 7 is hydraulically connected to the hydrodistributor 9 with a spool mechanism, which is kinematically connected to the induction feedback sensor 10 by the position of the spool of the electro-hydraulic amplifier 11, which includes blocks 7, 9 and 10 of the steering unit 8. The spool valve 9 is hydraulically connected to the hydraulic motor 12 of the steering unit 8, kinematically connected with the induction feedback sensor 13 by the position of the piston of the hydraulic motor 12 of the steering unit 8. Signals from the outputs of both yes feedback sensors 10 and 13 of the steering unit 8 are fed to the inputs of microcontrollers 1 of drive computers 5 and 6, connected to each other by a unidirectional digital communication channel 14 and self-monitoring signals, while the self-monitoring signal from the output of microcontroller 1 of drive computer 5 is additionally fed to the first control input electronic key 2 of the calculator 5, to the control input of the electronic switch 15 and to the first input of the logic element OR 16, and the self-control signal of the microcontroller 1 of the calculator drive 6 additionally goes to the first control input of the electronic key 2 of the actuator calculator 6 and the second input of the OR logic element 16. The sinusoidal supply voltages of the feedback sensors 10 and 13 from the outputs of the microcontrollers 1 of the calculators 5 and 6 are connected to the corresponding inputs of the electronic switch 15 connected to the inputs of the feedback sensors 10 and 13 of the steering unit 8 through the amplifiers 17 and 18, respectively. External control signals 19 and 20 for disconnecting the first and second drive channels, for example, from the steering wheel control panel or from its channel computers, are supplied to the second control inputs of the electronic keys of the drive calculators 5 and 6, and the signal 21 from the output of the OR logic element is the whole signal of the drive’s self-control.

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

При отсутствии сигналов управления в электромеханическом преобразователе 7 рулевого агрегата 8 зазоры между соплами и заслонкой (на чертеже не показаны) равны, золотник гидрораспределителя 9 электрогидравлического усилителя 11 находится в нейтральном положении, поршень гидродвигателя 12 неподвижен (исходное положение).In the absence of control signals in the electromechanical converter 7 of the steering unit 8, the gaps between the nozzles and the damper (not shown) are equal, the spool valve 9 of the electro-hydraulic amplifier 11 is in the neutral position, the piston of the hydraulic motor 12 is stationary (initial position).

Сигнал заданного положения руля поступает в привод по цифровым каналам связи 4, в качестве которых могут служить стандартные каналы связи типа RS-485, Манчестер 2 или CAN. Эти сигналы поступают на вход каждого из микроконтроллеров 1 вычислителей привода 5 и 6. Микроконтроллеры 1 вырабатывают усиленные сигналы управления заслонками электромеханического преобразователя 7 электрогидравлического усилителя 11 рулевого агрегата 8, которые вначале поступают на входы электронных ключей 2 вычислителей привода 5 и 6.The signal of the preset steering position enters the drive via digital communication channels 4, which can be standard communication channels of the RS-485, Manchester 2 or CAN type. These signals are fed to the input of each of the microcontrollers 1 of the drive calculators 5 and 6. The microcontrollers 1 generate amplified control signals for the shutters of the electromechanical converter 7 of the electro-hydraulic amplifier 11 of the steering unit 8, which first go to the inputs of the electronic keys 2 of the calculators of the drive 5 and 6.

В случае исправности микроконтроллеров 1 и отсутствии внешних сигналов отключения каналов привода, сигналы управления с выхода электронных ключей 2 создают ток в обмотках электромеханического преобразователя, направление и величина которого соответствует знаку и величине разности между входным задающим сигналом и сигналами с датчиков обратных связей 10 и 13 рулевого агрегата 8, регулярно вычисляемой в каждом из микроконтроллеров 1 вычислителей привода 5 и 6. При этом сигналы управления с разных каналов складываются с учетом знака непосредственно на обмотках блока 7. При наличии в электромеханическом преобразователе 7 суммарного сигнала управления его заслонка отклоняется от нейтрального положения в сторону, зависящую от полярности сигнала, на величину, пропорциональную величине токового сигнала, при этом расход жидкости из одного сопла уменьшается, а из другого увеличивается, что приведет к появлению перепада давлений в камерах электрогидроусилителя 11 и соответствующему перемещению золотника гидрораспределителя 9. Перемещаясь, золотник, во-первых, воздействует на датчик обратной связи 10, который выдает в микроконтроллеры 1 сигнал обратной связи контура электрогидроусилителя 11, пропорциональный перемещению золотника. Во-вторых, он соединяет одну из полостей гидродвигателя 12 с линией напора гидросистемы, а другую со сливной магистралью (на чертеже не показаны). Перемещаясь под действием перепада давлений поршень гидродвигателя 12 воздействует на датчик обратной связи 13, который выдает в микроконтроллеры 1 сигналы обратной связи контура рулевого агрегата, пропорциональные перемещению поршня гидродвигателя 12. Сигналы обратной связи с датчиков 10 и 13, поступающие в микроконтроллеры 1 вычислителей 5 и 6 привода, приводят к уменьшению сигнала управления, поступающего в электромеханический преобразователь 7. Под действием уменьшающегося сигнала система «сопло-заслонка» электрогидравлического усилителя 11 отрабатывает в исходное положение, золотник гидрораспределителя 9 занимает нейтральное положение, поршень гидродвигателя 12, переместившись на величину, пропорциональную сигналу управления, останавливается. Работа рулевого агрегата 8 прекращается, когда разность между задающим сигналом и сигналами обратной связи становятся равной нулю в случае полного совпадения коэффициентов усиления в каналах привода и входных задающих значений. В случае неодинаковости задающих сигналов или параметров усиления в каналах привода, последний останавливается, когда на выходе канальных вычислителей устанавливаются одинаковые по величине сигналы противоположной полярности. При одноканальном управлении на выходе исправного управляющего рулевым агрегатом 8 канала при остановке привода будет всегда нулевой сигнал.If the microcontrollers 1 are in good condition and there are no external drive channel disconnection signals, the control signals from the output of the electronic keys 2 create a current in the windings of the electromechanical converter, the direction and magnitude of which corresponds to the sign and magnitude of the difference between the input driving signal and the signals from the steering feedback sensors 10 and 13 unit 8, regularly calculated in each of the microcontrollers 1 of the drive computers 5 and 6. In this case, the control signals from different channels are added taking into account the sign only on the windings of unit 7. If there is a total control signal in the electromechanical converter 7, its damper deviates from the neutral position to the side depending on the signal polarity by an amount proportional to the magnitude of the current signal, while the fluid flow from one nozzle decreases and increases from the other , which will lead to the appearance of a pressure drop in the chambers of the electric power 11 and the corresponding movement of the spool valve 9. Moving, the spool, firstly, affects the dates IR feedback 10 which outputs a signal to microcontroller 1 elektrogidrousilitelya feedback loop 11 that is proportional to the displacement of the spool. Secondly, it connects one of the cavities of the hydraulic motor 12 with the pressure line of the hydraulic system, and the other with a drain line (not shown in the drawing). Moving under the action of a differential pressure, the hydraulic piston 12 acts on the feedback sensor 13, which gives the microcontrollers 1 feedback signals of the steering circuit of the steering unit, proportional to the movement of the piston of the hydraulic motor 12. Feedback signals from the sensors 10 and 13 received in the microcontrollers 1 of computers 5 and 6 drive, lead to a decrease in the control signal supplied to the electromechanical converter 7. Under the influence of a decreasing signal, the system "nozzle-flap" electro-hydraulic force ator 11 fulfills its original position, the spool of the control valve 9 takes a neutral position, the hydraulic piston 12, moved by an amount proportional to the control signal stops. The operation of the steering unit 8 is terminated when the difference between the driving signal and the feedback signals becomes equal to zero in the case of a complete coincidence of the amplification factors in the drive channels and the input reference values. In the event that the driving signals or gain parameters in the drive channels are not the same, the latter stops when the output signals of the channel calculators are set to the same magnitude of opposite polarity. With single-channel control at the output of a working channel 8 steering control unit, when the drive stops, there will always be a zero signal.

Датчики обратной связи 10 и 13 рулевого агрегата 8 запитываются через соответствующие усилители 17 и 18 синусоидальным напряжением, вырабатываемым микроконтроллерами 1 вычислителей привода 5 и 6 через электронный переключатель 15, управляемый сигналом самоконтроля вычислителя 5 первого канала привода. В случае неисправности вычислителя 5 первого канала срабатывает электронный переключатель 15 и ко входам обоих усилителей запитки 17 и 18 подключает синусоидальное напряжение с микроконтроллера 1 вычислителя 6 второго канала привода. В случае исправности вычислителя 5 первого канала привода микроконтроллер 1 этого канала по цифровому интерфейсу 14, в качестве которого может служить интерфейс I2C, передает в микроконтроллер 1 вычислителя 5 второго канала оцифрованные сигналы обратных связей с датчиков 10 и 13 рулевого агрегата 8. При отказе вычислителя привода 5, микроконтроллер 1 вычислителя привода 6 самостоятельно оцифровывает сигналы с выхода датчиков 10 и 13, при этом с помощью электронного ключа 2 сигнал управления первого канала отключается от соответствующей обмотки электромеханического преобразователя 7 и привод переходит на одноканальное управление рулевым агрегатом 8, при котором микроконтроллер 1 вычислителя 6 поднимает в два раза передаточный коэффициент по току управления для сохранения динамических характеристик привода. При отказе вычислителя привода 6 привод переходит на одноканальное управление от первого канала с той лишь разницей, что теперь в два раза увеличивает передаточный коэффициент вычислитель привода 5. В качестве сигналов управления и запитки датчиков 10 и 13 рулевого агрегата 8 могут служить ШИМ-сигналы соответствующих параметров, легко вырабатываемые современными микроконтроллерами. Сигнал отказа всего привода формируется на выходе логического элемента ИЛИ 16 в случае одновременного отказа обоих каналов привода.The feedback sensors 10 and 13 of the steering unit 8 are powered through the corresponding amplifiers 17 and 18 with a sinusoidal voltage generated by the microcontrollers 1 of the drive computers 5 and 6 through the electronic switch 15, controlled by the self-monitoring signal of the computer 5 of the first drive channel. In the event of a malfunction of the calculator 5 of the first channel, the electronic switch 15 is activated and connects the sinusoidal voltage from the microcontroller 1 of the calculator 6 of the second channel of the drive to the inputs of both power amplifiers 17 and 18. If the transmitter 5 of the first drive channel is in good working order, the microcontroller 1 of this channel via digital interface 14, which can be the I2C interface, transmits digitized feedback signals from the sensors 10 and 13 of the steering unit 8 to the microcontroller 1 of the second channel 5. If the drive calculator fails 5, the microcontroller 1 of the drive calculator 6 independently digitizes the signals from the output of the sensors 10 and 13, while using the electronic key 2, the control signal of the first channel is disconnected from the corresponding winding of the electro-mechanical converter 7 and the drive switches to single-channel control of the steering unit 8, in which the microcontroller 1 of the calculator 6 doubles the gear ratio of the control current to maintain the dynamic characteristics of the drive. If the calculator of the drive 6 fails, the drive switches to single-channel control from the first channel with the only difference that now doubles the gear ratio of the calculator of the drive 5. PWM signals of the corresponding parameters can serve as control signals and energize the sensors 10 and 13 of the steering unit 8 easily developed by modern microcontrollers. A failure signal of the entire drive is generated at the output of the OR gate 16 in the event of a simultaneous failure of both drive channels.

Таким образом, суть реализованного в полезной модели технического решения заключается, по существу, в использовании вместо аналоговых элементов в каналах привода цифровых микроконтроллеров, что сопровождается всеми известными преимуществами цифровизации, главными из которых являются гибкость, стабильность характеристик, более высокая точность отработки приводом заданных значений, самоконтроль, а также сохранение динамических характеристик привода при отказе одного из его каналов.Thus, the essence of the technical solution implemented in the utility model consists, essentially, in the use of digital microcontrollers instead of analog elements in the drive channels, which is accompanied by all the known advantages of digitalization, the main of which are flexibility, stability of characteristics, higher accuracy of working off the set values by the drive, self-control, as well as maintaining the dynamic characteristics of the drive in case of failure of one of its channels.

Claims

Two-channel electro-hydraulic steering gear for high-speed vessels, containing two power-converting units connected via control signals via electronic keys to the corresponding windings of the electro-mechanical converter of the electro-hydraulic power steering of the nozzle-damper type, hydraulically connected to the spool valve, which is kinematically connected to the induction sensor feedback of the drive by the position of the spool and is hydraulically connected to the hydraulic motor, to connected to the induction feedback sensor of the drive by the position of the piston of the hydraulic motor of the steering unit, which is connected to the first inputs of the power-converting units, the second inputs of which are connected to the output of the feedback sensor of the electro-hydraulic amplifier of the steering unit, the power inputs of the feedback sensors of which are connected to the outputs of the respective amplifiers connected to the sinusoidal voltage generator, the third inputs of the amplifier-transforming blocks are connected to the corresponding input signal lines of a preset rudder position, and the control inputs of electronic keys are connected to the corresponding external drive disconnect buses of the drive channels, characterized in that the amplifier-converter blocks of the drive channels are made in the form of digital microcontrollers that implement the functions of analog-to-digital conversion and phase-sensitive rectification, digital-to-analog conversion and generating a sinusoidal voltage and generating a self-monitoring signal, while the outputs of the sinusoidal voltage of the microcon trolleys for powering the feedback sensors of the steering unit are connected to the inputs of the power amplifiers through an electronic switch, the control input of which is connected to the output of the self-monitoring signal of the first microcontroller, which is connected to the control input of the first electronic key and to the first input of the OR logic element, the second input of which is connected to the output self-monitoring signal of the second microcontroller, to the fourth input of the first microcontroller and to the control input of the second electronic key, output element OR is the output of the drive self-control signal, the third input of each of the microcontrollers is connected to the signal bus of the given and current steering positions through the transceiver of the digital bidirectional communication channel, the fifth input of the second microcontroller is connected to the output of the unidirectional digital interface of the first microcontroller, and the first and second microcontrollers, electronic keys, and transceivers form respectively the first and second channel calculators of the drive.