RU2144884C1 - Аппаратура автоматического управления движением судна - Google Patents
Аппаратура автоматического управления движением судна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2144884C1 RU2144884C1 RU98107216A RU98107216A RU2144884C1 RU 2144884 C1 RU2144884 C1 RU 2144884C1 RU 98107216 A RU98107216 A RU 98107216A RU 98107216 A RU98107216 A RU 98107216A RU 2144884 C1 RU2144884 C1 RU 2144884C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- ship
- vessel
- automatic control
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к судостроению и предназначено для реализации автоматического управления движением морского судна. Аппаратура содержит задатчик направления, датчик угла перекладки руля, суммирующий усилитель, блок выработки скорости. Дополнительно введены приемоиндикатор, блок дифференцирования, два интегратора, два сумматора и два множителя. Формирование закона управления производится не по углу курса, а по путевому углу спутниковой навигационной системы с введением сигнала бокового сноса судна и использованием сигналов оценки скорости изменения путевого угла и оценки скорости изменения бокового сноса судна, пропорционального углу дрейфа. Это позволяет существенно снизить высокочастотные помехи при сильном морском волнении и в итоге повысить надежность и качество управления кораблем. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением морских судов.
Известно устройство (А.С. СССР N 460535), обеспечивающее автоматическое удержание судна на заданном курсе. Стабилизация курса осуществляется по данным гирокомпаса, который является основным источником информации о направлении движения судна. Сигнал текущего курса и его производная поступают на вход суммирующего усилителя, где формируется пропорционально-дифференциальный (ПД) закон управления рулевым приводом.
Рассматриваемый авторулевой обладает следующими недостатками:
- перегружает рулевой привод при появлении на море волнения,
- сигнал курса, снимаемый с гирокомпаса, имеет запаздывание, что снижает запас устойчивости замкнутой системы "судно-авторулевой", т.к. сигнал производной формируется путем дифференцирования сигнала курса, снимаемого с гирокомпаса,
- появление ошибки при движении судна по заданному курсу при боковом ветре и волнении.
- перегружает рулевой привод при появлении на море волнения,
- сигнал курса, снимаемый с гирокомпаса, имеет запаздывание, что снижает запас устойчивости замкнутой системы "судно-авторулевой", т.к. сигнал производной формируется путем дифференцирования сигнала курса, снимаемого с гирокомпаса,
- появление ошибки при движении судна по заданному курсу при боковом ветре и волнении.
Известно устройство управления движением судна (А.С. СССР N 979204, кл. B 63 H 25/04), принятое нами в качестве прототипа, содержащее датчик и задатчик направления движения, датчик угла перекладки руля, блок выработки угловой скорости судна по курсу - датчик угловой скорости судна, выходы которых подключены через суммирующий усилитель к рулевому приводу, недостатки рассмотренного выше аналога присущи также и прототипу.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание аппаратуры для автоматического управления движением судна только по информации от приемоиндикатора спутниковой навигационной системы (СНС) и достижение:
- повышенной точности удержания судна при движении по заданной траектории как при спокойном море, так и при сильном волнении на море;
- повышенной надежности и безотказности.
- повышенной точности удержания судна при движении по заданной траектории как при спокойном море, так и при сильном волнении на море;
- повышенной надежности и безотказности.
Поставленная задача достигается тем, что в аппаратуру, содержащую задатчик направления движения судна, датчик угла перекладки руля, суммирующий усилитель, блок выработки скорости, дополнительно введены: приемоиндикатор, блок дифференцирования, два интегратора, два сумматора и два множительных блока, соединенных между собой в соответствии с чертежом.
Существенной новизной предлагаемого изобретения является формирование закона управления:
- не по углу курса, а по путевому углу, что достигается использованием приемоиндикатора СНС (в формуле это отличие не обозначено);
- с введением сигнала бокового сноса судна;
- с использованием сигналов оценки скорости изменения путевого угла и оценки скорости изменения бокового сноса судна, пропорционального углу дрейфа.
- не по углу курса, а по путевому углу, что достигается использованием приемоиндикатора СНС (в формуле это отличие не обозначено);
- с введением сигнала бокового сноса судна;
- с использованием сигналов оценки скорости изменения путевого угла и оценки скорости изменения бокового сноса судна, пропорционального углу дрейфа.
Функциональная схема предлагаемого изобретения приведена на чертеже.
Аппаратура автоматического управления движением судна состоит из: задатчика направления движения 1, датчика угла перекладки руля 2, суммирующего усилителя 3, рулевого привода 4, блока выработки скорости 5, приемника-индикатора 6, блока дифференцирования 7, двух интеграторов 8, 9, двух сумматоров 10, 11 и двух множителей 12, 13.
В качестве задатчика 1, датчика угла перекладки руля 2 может быть использован любой аналоговый (цифровой) преобразователь угла поворота в электрический сигнал с точностью не хуже 1 процента. В аналоговом варианте реализации аппаратуры в качестве усилителя 3 можно использовать интегральную микросхему типа 140 - УД - 6, блок выработки скорости 5 и блок дифференцирования 7 реализуются также на интегральных схемах типа 140 - УД - 6. Приемоиндикатор 6 (ПИ) спутниковой навигационной системы (СНС) - типа "Волонтер". Интеграторы 8, 9 - реализуются на микросхемах типа 140 - УД - 8, сумматоры 10, 11 - на микросхемах типа 140 - УД - 6, множители - также на интегральных микросхемах с точностью не ниже 5 процентов.
Возможен также вариант реализации предложенной аппаратуры на элементах цифровой техники.
Аппаратура работает следующим образом.
Требуемое направление движения судна задается задатчиком 1. Если это направление не совпадает с текущим направлением движения судна, то на выходе суммирующего усилителя 3 появится сигнал, приводящий к отклонению пера руля судна рулевым приводом 4, при этом начнется поворот судна к заданному направлению движения. При достижении судном заданного направления движения перо руля вернется в нулевое положение.
Рассмотрим, как формируется закон управления рулевым приводом. Сигнал, пропорциональный текущему направлению движения судна, вырабатывается приемоиндикатором (ПИ) 6 и поступает на третий вход усилителя 3, а также на вход блока 5 выработки скорости, который используется для коррекции сигнала угловой скорости судна, вырабатываемой на выходе второго интегратора 9. Тот сигнал поступает на шестой вход усилителя 3. На второй вход усилителя 3 поступает сигнал, пропорциональный углу перекладки руля, с датчика 2. Таким образом на выходе усилителя 3 формируется сигнал, пропорциональный скорости перекладки руля, который и поступает на вход рулевого привода 4:
где (ПУ - ПУ заданный) - текущий путевой угол и заданное направление движения судна;
- оценка скорости изменения ПУ;
δ - угол перекладки руля.
где (ПУ - ПУ заданный) - текущий путевой угол и заданное направление движения судна;
- оценка скорости изменения ПУ;
δ - угол перекладки руля.
Реализация закона (1) позволяет автоматизировать процесс управления движением судна по заданному направлению, причем сигнал оценки угловой скорости судна не содержит высокочастотных возмущений от морского волнения, в нем также отсутствует запаздывание, возникающее при дифференцировании сигнала угла курса, вырабатываемого гирокомпасом.
В предложенной аппаратуре управление кораблем осуществляется по более сложному закону, который обеспечивает более точное движение по заданной траектории (обеспечивается астатизм к внешним боковым возмущениям). Это достигается введением дополнительно двух сигналов У-бокового отклонения судна, который поступает с ПИ 6 на четвертый вход усилителя 3 и - оценки скорости бокового отклонения, которая вырабатывается на выходе первого интегратора 8 и поступает на пятый вход усилителя 3. Таким образом, на выходе усилителя 3 формируется сигнал скорости перекладки руля, равный:
где, кроме сигналов, рассмотренных в зависимости (1), введены:
У - боковое отклонение судна от заданной траектории,
- оценка скорости бокового отклонения.
где, кроме сигналов, рассмотренных в зависимости (1), введены:
У - боковое отклонение судна от заданной траектории,
- оценка скорости бокового отклонения.
Формирование оценок.
Оценки скорости изменения бокового сноса и скорости изменения углового направления движения судна вырабатываются на двух интеграторах 8, 9, двух сумматорах 10, 11, двух множителях динамической модели движения судна с коррекцией оценок текущими значениями скорости бокового сноса и скорости изменения углового направления движения судна.
На вход первого интегратора 8 поступают сигналы:
где V - скорость хода судна;
- невязка производной бокового смещения и оценки скорости бокового смещения.
где V - скорость хода судна;
- невязка производной бокового смещения и оценки скорости бокового смещения.
На выходе первого интегратора 8 вырабатывается оценка скорости бокового смещения судна.
На вход второго интегратора 9 поступают сигналы:
где - невязка измеренной и восстановленной угловой скорости судна.
где - невязка измеренной и восстановленной угловой скорости судна.
Проведенное моделирование приведенного выше закона управления (2) подтвердило получение высокого качества управления и стабилизации судна на заданной траектории движения.
Claims (1)
- Аппаратура автоматического управления движением судна, содержащая задатчик направления движения, датчик угла перекладки руля, выходы которых подключены к первому и второму входам суммирующего усилителя, выход которого подключен к входу рулевого привода, и блок выработки скорости, отличающаяся тем, что дополнительно содержит приемо-индикатор, блок дифференцирования, два интегратора, два сумматора и два множителя, к первому входу первого множителя подключен выход датчика угла перекладки руля, к второму входу первого множителя подключен первый выход приемо-индикатора, выход первого множителя подключен к первому и второму входам второго множителя, выход которого подключен к первым входам первого и второго интеграторов, выход второго интегратора подключен к своему второму входу и через первый сумматор соединен со своим третьим входом, четвертый вход второго интегратора соединен с выходом первого интегратора и через второй сумматор - с вторым входом первого интегратора, третий вход которого соединен с его выходом, а четвертый вход - с выходом второго интегратора, вторые входы первого и второго сумматоров соединены соответственно с выходом блока выработки скорости и выходом блока дифференцирования, второй выход приемо-индикатора подключен к второму входу блока выработки скорости и третьему входу суммирующего усилителя, третий выход приемо-индикатора подключен к входу блока дифференцирования и четвертому входу суммирующего усилителя, к пятому и шестому входам которого подключены выходы соответственно первого и второго интеграторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98107216A RU2144884C1 (ru) | 1998-04-17 | 1998-04-17 | Аппаратура автоматического управления движением судна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98107216A RU2144884C1 (ru) | 1998-04-17 | 1998-04-17 | Аппаратура автоматического управления движением судна |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2144884C1 true RU2144884C1 (ru) | 2000-01-27 |
RU98107216A RU98107216A (ru) | 2000-02-10 |
Family
ID=20204867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98107216A RU2144884C1 (ru) | 1998-04-17 | 1998-04-17 | Аппаратура автоматического управления движением судна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2144884C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452655C1 (ru) * | 2010-12-09 | 2012-06-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ автоматического управления движением судна |
-
1998
- 1998-04-17 RU RU98107216A patent/RU2144884C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452655C1 (ru) * | 2010-12-09 | 2012-06-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ автоматического управления движением судна |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fossen et al. | Nonlinear output feedback control of dynamically positioned ships using vectorial observer backstepping | |
Sawada et al. | Path following algorithm application to automatic berthing control | |
US5523951A (en) | System and method for automatic ship steering | |
RU2442718C1 (ru) | Способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна | |
US3844242A (en) | Apparatus for automatic dynamic positioning and steering systems | |
Dukan et al. | Sea floor geometry approximation and altitude control of ROVs | |
CN115515851A (zh) | 船舶的自动导向方法、船舶的自动导向程序、船舶的自动导向系统及船舶 | |
CN113608534B (zh) | 一种无人艇跟踪控制方法及系统 | |
WO2009061235A2 (fr) | Procédé de détermination des paramètres de navigation par un système de navigation inertielle sans plate-forme | |
Fossen | Line-of-sight path-following control utilizing an extended Kalman filter for estimation of speed and course over ground from GNSS positions | |
RU2223197C1 (ru) | Аппаратура автоматического управления движением судна | |
RU2144884C1 (ru) | Аппаратура автоматического управления движением судна | |
CN106767796B (zh) | 类渡槽环境中无人船测距单元与惯性测量单元的融合算法 | |
RU2150409C1 (ru) | Устройство управления движением судна | |
US8543268B2 (en) | Cumulative lateral slide indication | |
RU2221728C1 (ru) | Аппаратура автоматического управления движением судна | |
JP2001265406A (ja) | 制御装置 | |
JPS5695798A (en) | Automatic pilot device for ship | |
JPH0633076B2 (ja) | オ−トパイロツト装置 | |
JPS6233998B2 (ru) | ||
CN110648557A (zh) | 一种受限水域基于船舶集群态势的相对领域获取方法 | |
JPH0578476B2 (ru) | ||
RU2029346C1 (ru) | Устройство управления угловым движением судна | |
RU2207296C2 (ru) | Способ автоматической проводки судна | |
RU2224279C1 (ru) | Устройство управления продольным движением судна |