RU163790U1 - Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений - Google Patents
Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений Download PDFInfo
- Publication number
- RU163790U1 RU163790U1 RU2015115415/11U RU2015115415U RU163790U1 RU 163790 U1 RU163790 U1 RU 163790U1 RU 2015115415/11 U RU2015115415/11 U RU 2015115415/11U RU 2015115415 U RU2015115415 U RU 2015115415U RU 163790 U1 RU163790 U1 RU 163790U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angular velocity
- heading
- output
- input
- filter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений, содержащая датчик руля, задатчик курса, датчик курса, измеритель угла дрейфа и угловой скорости судна, рулевой привод, фильтр оценки курса и угловой скорости, регулятор к входу которого подключены: датчик руля, задатчик курса, сигналы оценки курса и угловой скорости с выхода фильтра оценки курса и угловой скорости судна, к входу фильтра подключены сигналы угловой скорости судна и угла дрейфа с измерителя угла дрейфа и угловой скорости судна, датчик курса подключен к входу фильтра оценки курса и угловой скорости на выходе фильтра формируются сигналы оценки курса -и оценки угловой скорости судна -:где δ - угол перекладки руля, с датчика руля,φ - курс, с датчика курса,- оценка курса, с фильтра оценки курса и угловой скорости,- оценка угловой скорости судна, с фильтра оценки курса и угловой скорости,ω, β - угловая скорость и угол дрейфа, с измерителя угла дрейфа и угловой скорости,К, К, К- гидродинамические коэффициенты математической модели движения судна,К, K- коэффициенты калмановской фильтрации,выход регулятора подключен к входу рулевого привода, отличающаяся тем, что дополнительно введены: инерционное звено, логический блок, блок коррекции и блок разности, к входу которого подключен задатчик курса и сигнал оценки курса с выхода фильтра оценок курса и угловой скорости, сигнал разности () с выхода блока разности подключен через инерционное звено к блоку логики, где формируют сигнал коррекции -, выход которого через блок коррекции подключен к входу регулятора, на выходе регулятора формируется при этом закон управления рулевым приводом:где: δ - угол перекладки руля,-
Description
Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений
Предлагаемая полезная модель относится к области судостроения - автоматическому управлению движением судна.
Известны системы автоматического управления движением судна в которых формируют пропорционально-дифференциальный «ПД» закон управления рулевым приводом d/dt δзд:
где θ, - сигнал угла крена судна, снимаемый с датчика угла крена,
δзд - заданное значение угла перекладки закрылков, которое поступает на входы рулевых приводов закрылков судна. (А.С. СССР №468831. МПК B63b 39/00.)
Известна также система автоматического управления движением судна, (патент R.U. 229.22.89. С1, Б.И. №3, 27.01.2007 г., принятая нами в качестве прототипа) в которой автоматическое управление движением судна осуществляется аналогично с «ПД» законом управления (включая: блок формирователь закона управления - сумматор, рулевой привод, блок выработки угловой скорости судна, датчик руля, датчик и задатчик курса).
Известные системы автоматического управления движением судна при спокойном море и безветрии обеспечивают точное движение по заданному направлению, однако при волнении на море из-за появления внешних возмущений создаются недопустимые условия эксплуатации с используемым повсеместно «ПД» законом управления движением судна.
Внешние возмущения, воздействующие на судно зависят от многих переменных факторов:
- характера волнения и ветра,
- направления движения судна относительно внешнего возмущения,
- скорости хода судна,
- угла тангажа, и др.
Таким образом, применение «ПД» закона управления (оптимального только для спокойного моря!) при наличии внешних возмущений приводит:
- к появлению низкочастотных (постоянных) внешних возмущений, воздействующих на судно, что вызывает смещение истинного направления движения судна относительно заданного генерального курса,
- появлению ошибки относительно заданного направления движения судна при автоматическом управлении по заданной траектории,
- к снижению качества (точности) управления особенно при прохождении узкостей.
Техническим результатом, предлагаемой системы автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений является;
- восстановление оценки (текущего) внешнего возмущения, воздействующего на процесс движения судна,
- коррекции «ПД» закона (путем введения в закон управления оценки текущего внешнего возмущения) для устранения отрицательного влияния на процесс автоматического управления движением судна при развитом морском волнении.
Технический результат достигается тем, что система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений, содержащая датчик руля 1, задатчик курса 2, датчик курса 3, измеритель угла дрейфа и угловой скорости судна 5, рулевой привод 6, фильтр оценки курса и угловой скорости 7, регулятор 4 к входу которого подключены: датчик руля 1, задатчик курса 2, сигналы оценки курса и угловой скорости с выхода фильтра оценки курса и угловой скорости судна 7, к входу фильтра подключены сигналы угловой скорости судна ω и угла дрейфа с измерителя угла дрейфа и угловой скорости судна 5, датчик курса 3 подключен к входу фильтра оценки курса и угловой скорости 7 на выходе фильтра формируются сигналы оценки курса φ1 - и оценки угловой скорости судна ω1:
где δ - угол перекладки руля, с датчика руля,
φ - курс, с датчика курса,
φ1 - оценка курса, с фильтра оценки курса и угловой скорости 7,
ω1 - оценка угловой скорости судна, с фильтра оценки курса и угловой скорости 7,
ω, β - угловая скорость и угол дрейфа, с измерителя угла дрейфа и угловой скорости 5,
К5, К6, К7 - гидродинамические коэффициенты математической модели движения судна,
К4, К8 - коэффициенты калмановской фильтрации,
Выход регулятора 4 подключен к входу рулевого привода 6. В систему дополнительно введены: инерционное звено 9, логический блок 10, блок коррекции 11 и блок разности 8, к входу которого подключен задатчик курса 2 и сигнал оценки курса φ1 с выхода фильтра оценок курса и угловой скорости 7, сигнал разности (φ1-φзд.) с выхода блока разности 8 подключен через инерционное звено 9 к блоку логики 10, где формируют сигнал коррекции, выход которого через блок коррекции 11 подключен к входу регулятора 4, на выходе регулятора 4 формируется при этом закон управления рулевым приводом (1а).
в блоке логики 10 формируется условие (3) или условие (3а):
где Δφманев - величина рассогласования по курсу при маневрировании,
Δφдоп. - величина рассогласования по курсу при спокойном море.
Условие (3), или (3а), вводятся в блок коррекции 11 для формирования сигнала коррекции.
а) Если выполняется условие (3) то формируются постоянные и в зависимости от величины оценки внешних возмущений:
И вырабатывается сигнал коррекции:
который с выхода блока коррекции 11 подключается к входу регулятора 4 с коэффициентом К1; сигнал текущего Т i=т 0 (в момент времени Т i=0) с выхода блока коррекции - .вводится на вход регулятора; через интервал времени Δt., в момент времени Т i=1=Т i=0+Δt., (или через nΔt. интервал) в блоке разности 8 формируют разность (), и неравенства (3), или (3а), если одно из неравенств удовлетворяется, то повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения, если оба неравенства не удовлетворяются, то через следующий интервал времени Δt., в момент времени Ti=3=Ti=2+Δt. в блоке разности формируют разность () и неравенства (3), или (3а),. если одно из неравенств удовлетворяется, то повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения, если оба неравенства не удовлетворяются, то в момент времени Т i=5=T i=4+Δt. в блоке разности. вновь формируют разность ()., и неравенства (3), или (3а).
Технический результат достигается благодаря:
где: δ - угол перекладки руля,
φ,.. φзд - угол курса и курс заданный,
К1, К2, К3, - коэффициенты регулирования,
- восстановлению текущего сигнала коррекции - (оценки величины внешнего возмущения в процессе плавания),
При отсутствии внешних возмущений () вместо зависимости (1а). формируется типовой «ПД» закон управления рулевым приводом судна - dδ/dt), (1):
где: δ - угол перекладки руля,
Пусть в момент времени Т0 сигнал коррекции (оценки внешних возмущений - ) введен в регулятор для корректирования «ПД» закона управления на интервал времени Δt., Затем в момент времени Т1=Т0+Δt. сигнал коррекции - , после корректировки, вновь подключится к входу регулятора до момента времени Т2=Т1+Δt. При этом с момента времени Т0 реализуется. управление движением судна по зависимости (1а), затем в момент времени Т2=T1+Δt. сигнал коррекции вновь уточняется и подключается к регулятору на следующий интервал времени - Δt., если. Сигнал оценки - существенно больше нуля.
Полезная модель - система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений
Полезная модель содержит датчик 1 руля, задатчик 2 курса, датчик 3 курса, измеритель 5 угла дрейфа и угловой скорости судна 12, рулевой привод 6, фильтр 7 оценки курса и оценки угловой скорости; 4 регулятор к входу которого подключены: датчик руля, задатчик курса, сигналы оценки курса и угловой скорости судна, с выхода фильтра оценки курса и угловой скорости судна, к входу фильтра подключены сигналы угловой скорости судна и угла дрейфа с измерителя угла дрейфа и угловой скорости судна, датчик курса подключен к входу фильтра оценки курса и угловой скорости. На выходе фильтра формируются сигналы оценки курса - и оценки угловой скорости судна - :
где δ - угол перекладки руля, с датчика руля.
φ - курс (текущий), с датчика курса,
β - угол дрейфа, с измерителя угла дрейфа и угловой скорости.,
К5, К6, К7. - гидродинамические коэффициенты математической модели движения судна,
К4, К8 - коэффициенты калмановской фильтрации,
Оценки курса и угловой скорости судна, с выхода фильтра оценки курса и угловой скорости 7 подключены к входу регулятора 3. Выход регулятора 4 подключен к входу рулевого привода 6, Для достижения предложенного технического результата в полезную модель введено: инерционное звено - 1/(T0p+1) 9, логический блок 10, блок коррекции 11 и блок разности 8, к входу которого подключен задатчик курса 2 и сигнал оценки курса с выхода фильтра оценки курса и угловой скорости 7, выход блока разности 8 через инерционное звено 9 подключен к блоку логики 10, выход которого через блок коррекции 11 подключен к входу регулятора 4. На выходе регулятора 4 формируется закон управления (1а.).
Пусть в момент времени Т0 в самом начале очередного цикла времени - Δt. появляется внешнее возмущение, которое начинает воздействовать на процесс автоматического управления движения судна, при этом в блоке разности 8 формируется разность:
которая через инерционное звено 9 поступает в блок логики 10:
В блоке логики 10 формируют условие (3). или (3а):
где Δφманев - величина рассогласования по курсу при маневрировании,
Δφдоп. - величина рассогласования по курсу при спокойном море.
а) Если выполняется условие (3) то формируются постоянные и в зависимости от величины оценки внешних возмущений:
И вырабатывается сигнал коррекции:
Сигнал текущего в момент времени Т i=0 задается близким () и .вводится на вход регулятора, где формируется зависимость (1а).
Через интервал времени Δt., в момент времени Ti=1=T0+Δt., в блоке разности вновь формируют разность (), и неравенства (3), или (3а)., если одно из неравенств вновь удовлетворяется, то в момент времени Ti=1=T0+Δt повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения., если оба неравенства не удовлетворяются, (в блоке разности сохраняется. разность (), выработанная в момент времени T1=Т0+Δt) затем в момент времени Т i=2=T1+Δt., в блоке разности вновь формируют разность (), и неравенства (3), или (3а)., если одно из неравенств удовлетворяется, то в момент времени Ti=2=T1+Δt повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения., если в момент времени Ti=3=T2+Δt оба неравенства не удовлетворяются, то в момент времени Ti=4=T3+Δt в блоке разности вновь формируют разность (), и неравенства (3), или (3а). …
Рассмотрим как функционирует предложенная полезная модель. (см. фиг.)
Судоводитель устанавливает заданное направление движение судну (генеральный курс - φзд.), используя задатчик курса - 2. тем самым вводя сигнал заданного значения курса на вход регулятора - 4., на остальные три входа которого поступают сигналы:
- δ - угол перекладки руля, с выхода датчика руля - 1,
- φзд.. - заданный курс - φзд.. - 2.
На выходе регулятора 4. формируется закон управления рулевым приводом - 6:
Пусть в момент времени Т0 в самом начале очередного цикла времени - Δt. появляется внешнее возмущение, которое начинает воздействовать на процесс автоматического управления движения судна, при этом в блоке разности - 8 формируется разность:
которая через инерционное звено - 9 поступает в блок логики - 10:
В блоке логики - 10 формируют условие (3). или (3а):
где Δφманев - величина рассогласования по курсу при маневрировании,
Δφдоп. - величина рассогласования по курсу при спокойном море.
в зависимости от величины оценки внешних возмущений:
И вырабатывается сигнал коррекции:
Сигнал текущего в момент времени Т i=0 задается близким () и. вводится на вход регулятора 4, где формируется зависимость (1а).
Через интервал времени Δt., в момент времени Ti=1=T0+Δt., в блоке разности - 8
вновь формируют разность (), и неравенства (3), или (3а)., если одно из неравенств вновь удовлетворяется, то в момент времени Ti=2=Т1+Δt повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения., если оба неравенства не удовлетворяются, (то в момент времени Т2=T1+Δt., в блоке разности сохраняется. разность (), выработанная в момент времени Т1=T0+Δt) затем в момент времени Ti=3=Т2+Δt., в блоке разности вновь формируют разность (), и неравенства (3), или (3а)., если одно из неравенств удовлетворяется, то в момент времени Ti=3=Т2+Δt повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения., если в момент времени Ti=4=T3+Δt оба неравенства не удовлетворяются, то в момент времени Ti=5=T4+Δt в блоке разности вновь формируют разность (), и неравенства (3), или (3а).
Рулевой привод - 6 осуществляет при этом автоматическое управление движением судна по заданному направлению φ=φзд., в соответствие с зависимостью (1а).
Claims (1)
- Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений, содержащая датчик руля, задатчик курса, датчик курса, измеритель угла дрейфа и угловой скорости судна, рулевой привод, фильтр оценки курса и угловой скорости, регулятор к входу которого подключены: датчик руля, задатчик курса, сигналы оценки курса и угловой скорости с выхода фильтра оценки курса и угловой скорости судна, к входу фильтра подключены сигналы угловой скорости судна и угла дрейфа с измерителя угла дрейфа и угловой скорости судна, датчик курса подключен к входу фильтра оценки курса и угловой скорости на выходе фильтра формируются сигналы оценки курса - и оценки угловой скорости судна - :где δ - угол перекладки руля, с датчика руля,φ - курс, с датчика курса,ω, β - угловая скорость и угол дрейфа, с измерителя угла дрейфа и угловой скорости,К5, К6, К7 - гидродинамические коэффициенты математической модели движения судна,К4, K8 - коэффициенты калмановской фильтрации,выход регулятора подключен к входу рулевого привода, отличающаяся тем, что дополнительно введены: инерционное звено, логический блок, блок коррекции и блок разности, к входу которого подключен задатчик курса и сигнал оценки курса с выхода фильтра оценок курса и угловой скорости, сигнал разности () с выхода блока разности подключен через инерционное звено к блоку логики, где формируют сигнал коррекции - , выход которого через блок коррекции подключен к входу регулятора, на выходе регулятора формируется при этом закон управления рулевым приводом:где: δ - угол перекладки руля,К1, К2, К3, - коэффициенты регулирования,в блоке логики формируют условия (3) или условия (3а):а) если выполняется условие (3) то в блоке коррекции, а формируются постоянные и в зависимости от величины сигнала коррекции:который с выхода блока коррекции подключается к входу регулятора с коэффициентом К1, на выходе регулятора формируется при этом закон управления рулевым приводом (1а),и в блоке коррекции вырабатывается сигнал:который с выхода блока коррекции подключается к входу регулятора с коэффициентом К1; сигнал текущего (в момент времени Т i=0) с выхода блока коррекции вводится на вход регулятора, через интервал времени Δt., в момент времени Т i=1=Т i=0+Δt., (или через nΔt. интервалов) в блоке разности формируют разность (), и неравенства (3) или (3а), если одно из неравенств удовлетворяется, то повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения, если оба неравенства не удовлетворяются, то через следующий интервал времени Δt., в момент времени Ti=3=Ti=2+Δt. в блоке разности формируют разность (), и неравенства (3), или (3а), если одно из неравенств удовлетворяется, то повторяют процедуру корректировки оценки внешнего возмущения, если оба неравенства не удовлетворяются, то в момент времени Т i=5=T i=4+Δt. в блоке разности вновь формируют разность (), и неравенства (3) или (3а).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115415/11U RU163790U1 (ru) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115415/11U RU163790U1 (ru) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU163790U1 true RU163790U1 (ru) | 2016-08-10 |
Family
ID=56613535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015115415/11U RU163790U1 (ru) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU163790U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU178168U1 (ru) * | 2017-02-27 | 2018-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Система управления движением с использованием разбаланса оборотов гребных винтов |
RU2660193C1 (ru) * | 2017-08-18 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Система управления движением судна с дублированием каналов курса и резервным управлением по курсу |
-
2015
- 2015-04-24 RU RU2015115415/11U patent/RU163790U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU178168U1 (ru) * | 2017-02-27 | 2018-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Система управления движением с использованием разбаланса оборотов гребных винтов |
RU2660193C1 (ru) * | 2017-08-18 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Система управления движением судна с дублированием каналов курса и резервным управлением по курсу |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105785999B (zh) | 无人艇航向运动控制方法 | |
EP2952994A1 (en) | System and method for dynamic positioning | |
RU157389U1 (ru) | Система автоматического управления движением судна с оценкой внешнего возмущения | |
CN109405846B (zh) | 一种自适应调整前视距离与延迟参数的路径追踪方法 | |
RU2292289C1 (ru) | Способ автоматического управления движением судна | |
JP6513677B2 (ja) | 船舶特性推定装置、及び自動操舵装置 | |
KR101370649B1 (ko) | 무인잠수정의 경로 제어방법 | |
CN102854885A (zh) | 一种舰载机着舰纵向甲板运动补偿方法 | |
RU163790U1 (ru) | Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений | |
CN113608534B (zh) | 一种无人艇跟踪控制方法及系统 | |
RU167579U1 (ru) | Система автоматического управления движением судна с компенсацией внешних возмущений | |
CN105549611A (zh) | 自主水下机器人的海洋环境自识别的航迹精确跟踪方法 | |
CN111897225A (zh) | 一种智能船舶自动舵系统的模糊自适应输出反馈控制方法及系统 | |
CN103064288A (zh) | 一种基于对转桨加鳍舵的低速auv航行控制方法 | |
CN104181815A (zh) | 一种基于环境估计的船舶运动补偿控制方法 | |
RU2581215C1 (ru) | Способ автоматического управления самолетом на посадке и система для его реализации | |
RU154731U1 (ru) | Система автоматического управления движением судна, учитывающая морское волнение | |
CN112835369A (zh) | 一种基于eso估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法 | |
CN103984352A (zh) | 一种基于运动平台的纵向跑道运动预估及补偿方法 | |
JP7448414B2 (ja) | 舵制御装置及び船舶 | |
KR20200075506A (ko) | 선수각 제어 방법 | |
RU2492105C1 (ru) | Способ управления движением судна с компенсацией медленно меняющихся возмущений | |
RU140964U1 (ru) | Система умерения бортовой качки судна на подводных крыльях | |
RU174602U1 (ru) | Система автоматического управления движением судна с оценкой внешнего возмущения | |
RU151294U1 (ru) | Аппаратура управления движением судна, использующая оценки фазовых координат и оценки внешних возмущений |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200425 |