RU154419U1 - Система автоматического управления движением судна с перестраиваемым регулятором - Google Patents

Abstract

Система автоматического управления движением судна с перестраиваемым регулятором, содержащая подключенные к формирователю закона управления рулевым приводом датчик угла руля, датчик угловой скорости, датчик угла курса, задатчик угла курса и блок перестройки коэффициентов регулирования, подключенный к датчику угла бортовой качки через блок среднего значения модуля угла бортовой качки, задатчику допустимых средних значений модулей углов руля и бортовой качки, а также к датчику угла руля через блок среднего значения модуля угла руля, формирователь закона управления рулевым приводом подключен к рулевому приводу, механически связанному с рулём судна, отличающаяся тем, что блок перестройки коэффициентов регулирования дополнительно выполняет функцию изменения коэффициентов регулирования на волнении в зависимости от измеренных средних значений модулей углов перекладки руля и бортовой качки судна.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области судостроения, а именно: к системам автоматизации судовождения.

Известна система автоматического управления движением по патенту на изобретение №2240953 от 26.09.2003 г. Управление движением судна основано в ней на использовании информации от приемника спутниковой навигационной системы, датчика угловой скорости, блока заданного значения путевого угла (или угла курса) и сумматора, в котором по сигналам текущего путевого угла, заданного путевого угла и угловой скорости судна формируется сигнал для управления рулевым приводом судна.

Известна также система автоматического управления движением судна с учетом волнения, реализованная в изобретении №2499727 от 06.10.2011 г. и принятая в качестве прототипа. В этой системе управление осуществляется аналогично описанному выше с использованием формирователя закона управления (сумматора-регулятора), рулевого привода, датчика угловой скорости, датчика угловой перекладки руля, блоков текущего и заданного углов курса, блока перестройки коэффициентов регулирования, блоков среднего значения модуля угла руля и модуля угла бортовой качки, датчика бортовой качки судна и задатчика допустимых средних значений модулей углов руля и бортовой качки судна.

Существующие системы автоматического управления движением судна при спокойном море и безветрии обеспечивают точное движение по заданному направлению, однако обладают тем недостатком, что при появлении волнения на море принятые законы управления движением судна создают недопустимые условия в эксплуатации рулевого привода, снижают скорость хода судна и могут создать при этом условия появления аварийной ситуации из-за «заклинки» руля.

Так в прототипе предлагается два закона управления - типовой закон управления для спокойного моря и «облегченный» закон управления для взволнованного моря. Однако в «облегченном» законе управления коэффициенты регулирования являются постоянными, а диапазон изменения возмущений достаточно широк, поэтому построить эффективно работающую систему не удается.

Таким образом, применение оптимального или близкого к оптимальному (только для спокойного моря) закона управления и «облегченного» с фиксированными коэффициентами регулирования при появлении волнения на море приводит к недопустимым перегрузкам и существенному снижению надежности (ресурса) рулевого привода, а также к потерям скорости хода судна.

Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача создать систему автоматического управления движением судна с перестраиваемым регулятором, в которой управление рулевым приводом осуществляется с двумя законами управления: первый функционирует только при движении по относительно спокойному морю, а второй только при взволнованном море, причем второй закон управления оперирует с переменными коэффициентами регулирования, величина которых определяется видом бортовой качки и характером загрузки рулевого привода.

Поставленная задача решается тем, что предложена система автоматического управления движением судна с перестраиваемым регулятором, содержащая подключенные к формирователю закона управления рулевым приводом датчик угла руля, датчик угловой скорости, датчик угла курса, задатчик угла курса и блок перестройки коэффициентов регулирования, подключенный к датчику угла бортовой качки через блок среднего значения модуля угла бортовой качки, задатчику допустимых средних значений модулей углов руля и бортовой качки, а также к датчику угла руля через блок среднего значения модуля угла руля. Формирователь закона управления рулевым приводом подключен к рулевому приводу, механически связанному с рулем судна.

Новым в предложенной системе является то, что блок перестройки коэффициентов регулирования дополнительно выполняет функцию изменения коэффициентов регулирования на волнении в зависимости от измеренных средних значений модулей углов перекладки руля и бортовой качки судна.

Технический результат состоит в уменьшении нагрузки на рулевой привод при волнении моря и в повышении его надежности (ресурса), а также в сокращении потерь скорости хода судна.

На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленной системы.

Заявленная система содержит подключенные к формирователю законов управления 1 рулевым приводом 2 датчик угла руля 3, датчик угловой скорости 4, датчик угла курса 5, задатчик угла курса 6 и блок перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7, подключенный к датчику угла бортовой качки судна 8 через блок среднего значения модуля угла бортовой качки 9, задатчику допустимых средних значений модулей углов руля и бортовой качки 10 и к датчику угла руля 3 через блок среднего значения модуля угла руля 11. Формирователь закона управления рулевым приводом 1 подключен к рулевому приводу 2, механически связанному с рулем судна 12.

Система работает следующим образом.

На соответствующие входы формирователя законов управления 1 рулевым приводом 2 вводятся сигналя: угла перекладки руля δ с датчика угла руля 3, угловой скорости ω с датчика угловой скорости 4, угла курса φ с датчика угла курса 5, заданного угла курса φ_зд с задатчика угла курса 6, коэффициентов регулирования K₁, K₁₁ и K₂, K₂₂ с блока перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7. На выходе формирователя законов управления 1 рулевым приводом 2 при движении судна по спокойному морю вырабатывается закон управления в соответствии с зависимостью (1):

,

где δ - угол перекладки руля,

φ - текущий угол курса,

φ_зд - заданный угол курса,

ω - угловая скорость судна,

K₁, K₂, K₃ - постоянные коэффициенты регулирования, поступающие в формирователь законов управления 1 из блока перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7.

Сигнал

вида (1) поступает на вход рулевого привода 2 и обеспечивает автоматическое управление движением судна по курсу с минимальным рысканьем при спокойном море. При взволнованном море коэффициент регулирования K₁ в законе управления (1) заменяется переменным коэффициентом K₁₁, а K₂ заменяется переменным коэффициентом K₂₂, формируемыми в блоке перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7 путем вычисления по формулам (2) и (3):

,

где |δ_ср| - среднее значение модуля угла руля с выхода блока 8,

|θ_ср| ^- среднее значение модуля угла бортовой качки с выхода блока 9,

K₄, K₅, K₆, K₇ - постоянные коэффициенты.

В результате на выходе формирователя законов управления 1 рулевым приводом 2 при движении по взволнованному морю формируется закон управления в соответствии с зависимостью (4):

Формирование закона управления (1) для спокойного моря и (4) для взволнованного моря определяется выполнением одного из условий (5) или (6), вычисляемых в блоке перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7 соответственно.

Переменные коэффициенты K₁₁ и K₂₂ формируются в блоке перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7 и изменяются при изменении условий волнения на море. Допустимые средние значения модуля угла руля |δ_ср|_доп и модуля угла бортовой качки |θ_ср|_доп устанавливает судоводитель и вводит в блок перестройки и изменения коэффициентов регулирования 7 с задатчика 10. Таким образом, рулевой привод 2 автоматически удерживает судно на заданном курсе как при спокойном море, так и при штормовой погоде.

Реализация предлагаемой системы может быть осуществлена с использованием микросхем типа 140УД6, 140УД8 и типовых множительных блоков (блоки 1, 8, 9), а также штатных судовых подсистем. Датчик угловой скорости 4 - типовой датчик угловой скорости ДУС-5 с чувствительностью не ниже 0,05°/с. Задатчик угла курса 6 - программный блок формирования сигнала заданного значения угла курса, датчик угла курса 5 - гирокомпас типа «Гюйс».

Claims (1)

1. Система автоматического управления движением судна с перестраиваемым регулятором, содержащая подключенные к формирователю закона управления рулевым приводом датчик угла руля, датчик угловой скорости, датчик угла курса, задатчик угла курса и блок перестройки коэффициентов регулирования, подключенный к датчику угла бортовой качки через блок среднего значения модуля угла бортовой качки, задатчику допустимых средних значений модулей углов руля и бортовой качки, а также к датчику угла руля через блок среднего значения модуля угла руля, формирователь закона управления рулевым приводом подключен к рулевому приводу, механически связанному с рулём судна, отличающаяся тем, что блок перестройки коэффициентов регулирования дополнительно выполняет функцию изменения коэффициентов регулирования на волнении в зависимости от измеренных средних значений модулей углов перекладки руля и бортовой качки судна.

   

Images