RU2536011C2 - Fail-safe ship control system - Google Patents

Fail-safe ship control system Download PDF

Info

Publication number
RU2536011C2
RU2536011C2 RU2013104316/11A RU2013104316A RU2536011C2 RU 2536011 C2 RU2536011 C2 RU 2536011C2 RU 2013104316/11 A RU2013104316/11 A RU 2013104316/11A RU 2013104316 A RU2013104316 A RU 2013104316A RU 2536011 C2 RU2536011 C2 RU 2536011C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
depth
angle
trim
sensor
trim angle
Prior art date
Application number
RU2013104316/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013104316A (en
Inventor
Генрих Эразмович Острецов
Николай Николаевич Тарасов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2013104316/11A priority Critical patent/RU2536011C2/en
Publication of RU2013104316A publication Critical patent/RU2013104316A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536011C2 publication Critical patent/RU2536011C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics, control.
SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding and specifically to automatic ship control. The fail-safe ship control system comprises a differentiation unit, a steering sensor, three depth sensors, a trim angle sensor, a steering gear, trim angle depth setting device, three depth estimate filters, four trim angle estimate filters, an adder, a steering gear, seven diagnostic units and an average depth estimate former.
EFFECT: high accuracy and reliability of a automatic ship control system.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения - автоматическому управлению движением корабля.The invention relates to the field of shipbuilding - automatic control of the movement of the ship.

Известна система автоматического управления движением судна по заданному путевому углу, реализованная в «Системе автоматического управления движением судна» (патент RU №2248914, Б.И. №9, март 05 г.). В системе управления движением судна использована информация от датчика путевого угла, задатчика путевого угла и сумматора, в котором по сигналам: текущего путевого угла, заданного путевого угла, угловой скорости судна, формируется закон управления рулевым приводом судна.A known system of automatic control of the movement of the vessel at a given direction angle, implemented in the "System of automatic control of the movement of the vessel" (patent RU No. 2248914, B.I. No. 9, March 05). In the ship’s motion control system, information from the track angle sensor, track angle adjuster and adder is used, in which, according to the signals: the current track angle, the set track angle, the ship’s angular speed, the steering control law is formed.

Известна также система автоматического управления движением корабля с использованием динамической модели углового движения корабля (см. патент RU №2223197, Б.И. №4, 2004 г, принятый авторами в качестве прототипа). «Аппаратура автоматического управления движением судна», содержащая задатчик курсового угла, датчик угла руля, приемник спутниковой навигационной системы (датчик путевого угла), рулевой привод, динамическую модель углового движения корабля (фильтр), блок дифференцирования и сумматор, первый вход которого соединен с выходом задатчика путевого угла, выход приемника СНС соединен с вторым входом сумматора, к третьему входу которого подключен выход датчика угла руля, четвертый вход сумматора соединен с выходом блока дифференцирования. На выходе динамической модели движения судна-фильтре формируется оценка путевого угла. Оценка путевого угла алгебраически суммируется с путевым углом. Разность этих сигналов вводится на вход динамической модели движения судна-фильтра.Also known is a system for automatically controlling the movement of a ship using a dynamic model of the angular motion of the ship (see patent RU No. 2223197, BI No. 4, 2004, adopted by the authors as a prototype). “Automatic vessel motion control equipment”, comprising heading angle adjuster, rudder angle sensor, satellite navigation system receiver (track angle sensor), steering gear, dynamic model of the ship’s angular movement (filter), differentiation unit and adder, the first input of which is connected to the output directional angle adjuster, the output of the SNA receiver is connected to the second input of the adder, to the third input of which the output of the rudder angle sensor is connected, the fourth input of the adder is connected to the output of the differentiation unit. At the output of the dynamic model of the vessel’s filter motion, an estimate of the direction angle is formed. The track angle estimate is algebraically summed with the track angle. The difference of these signals is input to the dynamic model of the filter vessel.

В системе управления движением корабля формируется закон автоматического управления движением судна.In the ship’s motion control system, the law of automatic ship motion control is formed.

В задатчике курсового угла формируют сигнал - ϕзд=f(t), Сигнал оценки угла курса - ϕ формируется с использованием фильтра, который содержит электронную (динамичесую) модель движения судна. Для формирования оценки сигнала угла курса на вход электронной модели движения корабля поступает угол руля δ от датчика руля и сигнал невязки с выхода электронной модели движения корабля и датчика угла курса: К(ϕ-ϕ). На выходе сумматора-регулятора формируется заданное значение угла руля - δзд (или d/dt δзд), который подключается к входу рулевого привода:A signal is formed in the heading angle adjuster — ϕ rear = f (t). The heading angle estimation signal — ϕ is generated using a filter that contains an electronic (dynamic) model of the vessel’s movement. To form an estimate of the heading angle signal, the rudder angle δ from the rudder sensor and the residual signal from the output of the electronic model of the ship's motion and heading angle sensor are received at the input of the electronic model of the ship’s motion: K (ϕ- ϕ) . At the output of the adder-regulator, a set value of the steering angle is formed - δ rear (or d / dt δ rear ), which is connected to the input of the steering gear:

d/dtδзд1 зд)+К2d/dtϕ К3δ,d / dtδ zd = K 1 zd ) + K 2 d / dt ϕ K 3 δ,

где ϕ - оценка угла курса (с выхода электронной модели движения корабля-фильтра калмана),where ϕ is the estimate of the angle of the course (from the output of the electronic model of the movement of the Kalman filter filter ship),

δ - угол руля (с выхода датчика руля),δ - rudder angle (from the output of the rudder sensor),

ϕзд - заданное значение угла курса (из задатчика угла курса),ϕ rear - set value of the course angle (from the setter of the course angle),

δзд - заданное значение угла руля (или d/dt δзд) (формируется в сумматоре).δ rear - the set value of the steering angle (or d / dt δ rear ) (formed in the adder).

Недостатками известных систем автоматического управления движением (САУД) являются:The disadvantages of the known systems of automatic motion control (SAUD) are:

- отсутствие встроенного контроля исправности источников информации САУД,- lack of built-in control of serviceability of SAUD information sources,

- выход из строя датчиков информации о состоянии корабля приводит к аварийным ситуациям,- the failure of the sensors information about the state of the ship leads to emergency situations,

- выход из строя вычислительных сетей фильтра обработки входной информации также приводит к аварийным ситуациям,- the failure of the computer networks of the filter processing the input information also leads to emergency situations,

- системы управления не являются отказоустойчивыми.- control systems are not fault tolerant.

Техническим результатом предлагаемой системы управления движением судна является:The technical result of the proposed ship traffic control system is:

- повышение точности и надежности системы управления движением,- improving the accuracy and reliability of the motion control system,

- введение блоков диагностики и формирователя средних значений оценок глубины и угла дифферента позволило осуществлять не только контроль исправности САУД, но и перестройку ее архитектуры при появлении сбоя в САУД,- the introduction of diagnostic blocks and a shaper of average values for assessing the depth and angle of trim made it possible not only to monitor the health of the SAUD, but also to rebuild its architecture when a failure occurs in the SAUD,

- дополнительное введение в состав системы: 2-х резервных датчиков глубины, трех измерителей угла дифферента и пяти фильтров с электронной динамической моделью движения корабля позволило обеспечить сохранение нормальной работы САУД не только при сбоях в датчиках информации, но и в вычислительных сетях фильтров обработки входной информации.- an additional introduction to the system: 2 backup depth sensors, three trim angle meters and five filters with an electronic dynamic model of the ship’s movement made it possible to maintain the normal operation of the SAUD not only in case of failures in the information sensors, but also in the computer networks of the input information processing filters .

Технический результат в предлагаемой системе управления достигается благодаря:The technical result in the proposed control system is achieved due to:

- применению формирователя средних значений оценок глубины и угла дифферента, двух дополнительных датчиков глубины и трех формирователей угла дифферента, что позволило получать (более точные) усредненные значения оценок глубины h _ cp

Figure 00000001
и оценок угла дифферента - ψ с р _
Figure 00000002
:- the use of a shaper of average values of estimates of the depth and angle of trim, two additional depth sensors and three formers of the angle of trim, which made it possible to obtain (more accurate) averaged values of depth estimates h _ cp
Figure 00000001
and trim angle estimates - ψ from R _
Figure 00000002
:

а) с трех датчиков глубины, датчика угла дифферента совместно с тремя формирователями угла дифферента (при отсутствии сбоев во всех четырех датчиках САУД в нормальных условия эксплуатации),a) from three depth sensors, a trim angle sensor together with three trim angle shapers (in the absence of failures in all four SAUD sensors in normal operating conditions),

б) с двух исправных датчиков глубины (третий датчик глубины (любой) вышел из строя) или при сбое датчика угла дифферента.b) from two working depth sensors (the third depth sensor (any) is out of order) or when the trim angle sensor fails.

Формирование системы отказоустойчивого управления движением корабля.Formation of a system of fault-tolerant ship motion control.

Система отказоустойчивого управления движением корабля содержит: датчик руля δ, датчик глубины h1, датчик угла дифферента ψ1, рулевой привод, задатчик глубины hзд и угла дифферента ψзд, фильтр оценки глубины h 1 _

Figure 00000003
, фильтр оценки угла дифферента ψ 1 _
Figure 00000004
и сумматор, на первый вход которого подключен: датчика руля δ, на второй вход - блок дифференцирования, на третий вход - задатчик глубины hзд и угла дифферента - ψзд. Выход сумматора подключен к входу рулевого привода.The fail-safe control system for the movement of the ship contains: rudder sensor δ, depth sensor h 1 , trim angle sensor ψ 1 , steering gear, depth gauge h rear and trim angle ψ rear , depth estimation filter h one _
Figure 00000003
, trim angle estimation filter ψ one _
Figure 00000004
and an adder, to the first input of which is connected: a rudder sensor δ, to the second input - a differentiation unit, to the third input - a setter of depth h rear and trim angle - ψ rear . The output of the adder is connected to the input of the steering gear.

Фильтр оценки глубины h 1 _

Figure 00000005
содержит динамическую модель движения корабля по глубине, на вход которой подключен:Depth Assessment Filter h one _
Figure 00000005
contains a dynamic model of the ship in depth, the input of which is connected:

- датчик глубины h1 (который вырабатывает текущую глубину корабля - h),- depth sensor h 1 (which produces the current depth of the ship - h),

- датчик руля δ (который выдает угол руля - δ).- rudder sensor δ (which gives the rudder angle - δ).

На выходе фильтра оценки глубины h 1 _

Figure 00000005
вырабатывается оценка глубины - h 1 _
Figure 00000005
(с использованием Методов Калмановской фильтрации).Depth evaluation filter output h one _
Figure 00000005
 a depth estimate is produced - h one _
Figure 00000005
(using Kalman Filtration Methods).

Фильтр оценки угла дифферента ψ 1 _

Figure 00000004
содержит динамическую модель движения корабля по углу дифферента - ψ, на вход которой подключен:Trim angle filter ψ one _
Figure 00000004
contains a dynamic model of the ship’s movement along the trim angle ψ, the input of which is connected:

- датчик угла дифферента ψ1,- trim angle sensor ψ 1 ,

- датчик руля δ.- steering wheel sensor δ.

На выходе фильтра оценки угла дифферента ψ 1 _

Figure 00000004
вырабатывается оценка угла дифферента ψ 1 _
Figure 00000004
.Trim angle estimation filter output ψ one _
Figure 00000004
an estimate of the angle of trim ψ one _
Figure 00000004
.

Для реализации предложенного заявителем технического результата в систему введены: датчик глубины h2, датчик глубины h3, формирователь средних значений оценки глубины h _ cp

Figure 00000006
, фильтр оценки глубины h 2 _
Figure 00000007
, фильтр оценки глубины h 3 _
Figure 00000008
, фильтр оценки угла дифферента ψ 2 _
Figure 00000009
, фильтр оценки угла дифферента ψ 3 _
Figure 00000010
, фильтр оценки угла дифферента ψ 4 _
Figure 00000011
. Ha первый вход каждого из пяти фильтров подключен выход датчика руля δ. Датчик глубины h2 подключен к второму входу фильтру оценки глубины h2. Датчик глубины h3 подключен к второму входу фильтра оценки глубины h3.To implement the technical result proposed by the applicant, the following are introduced into the system: depth sensor h2depth sensor h3, shaper of average values of depth assessment h _ cp
Figure 00000006
depth rating filter h 2 _
Figure 00000007
depth rating filter h 3 _
Figure 00000008
, trim angle estimation filter ψ 2 _
Figure 00000009
, trim angle estimation filter ψ 3 _
Figure 00000010
, trim angle estimation filter ψ four _
Figure 00000011
. Ha the first input of each of the five filters is connected to the output of the rudder sensor δ. Depth Sensor h2 connected to the second input of the depth estimation filter h2. Depth Sensor h3 connected to the second input of the depth estimation filter h3.

К второму и третьему входам трех фильтров оценки угла дифферента: 1) ψ 2 _

Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000013
, 3) ψ 4 _
Figure 00000011
, подключены соответственно выходы датчиков глубины: 1) h1 и h2, 2) h2 и h3, 3) h1 и h3, семь блоков диагностики: h 1 _
Figure 00000014
, h 2 _
Figure 00000007
, h 3 _
Figure 00000008
, ψ 1 _
Figure 00000004
, ψ 2 _
Figure 00000012
, ψ 3 _
Figure 00000015
, ψ 4 _
Figure 00000011
, к первым входам которых подключены соответственно:To the second and third inputs of three filters for assessing the angle of trim: 1) ψ 2 _
Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000013
, 3) ψ four _
Figure 00000011
, respectively, the outputs of the depth sensors are connected: 1) h 1 and h 2 , 2) h 2 and h 3 , 3) h 1 and h 3 , seven diagnostic blocks: h one _
Figure 00000014
, h 2 _
Figure 00000007
, h 3 _
Figure 00000008
, ψ one _
Figure 00000004
, ψ 2 _
Figure 00000012
, ψ 3 _
Figure 00000015
, ψ four _
Figure 00000011
, to the first inputs of which are connected respectively:

- выход фильтра оценки глубины h 1 _

Figure 00000016
,- depth estimation filter output h one _
Figure 00000016
,

- выход фильтра оценки глубины h 2 _

Figure 00000007
,- depth estimation filter output h 2 _
Figure 00000007
,

- выход фильтра оценки глубины h 3 _

Figure 00000008
,- depth estimation filter output h 3 _
Figure 00000008
,

- выход фильтра оценки угла дифферента ψ 1 _

Figure 00000004
,- output of the trim angle estimation filter ψ one _
Figure 00000004
,

- выход фильтра оценки угла дифферента ψ 2 _

Figure 00000012
,- output of the trim angle estimation filter ψ 2 _
Figure 00000012
,

- выход фильтра оценки угла дифферента ψ 3 _

Figure 00000015
,- output of the trim angle estimation filter ψ 3 _
Figure 00000015
,

- выход фильтра оценки угла дифферента ψ 4 _

Figure 00000011
.- output of the trim angle estimation filter ψ four _
Figure 00000011
.

К второму входу четырех блоков диагностики:1) h 1 _

Figure 00000017
, 2) h 2 _
Figure 00000007
, 3) h 3 _
Figure 00000008
, 4) ψ 4 _
Figure 00000011
, подключены соответственно три датчика глубины:1) h1, 2) h2, 3) h3, и датчик угла дифферента 4) ψ 1 _
Figure 00000004
.To the second input of the four diagnostic blocks: 1) h one _
Figure 00000017
, 2) h 2 _
Figure 00000007
, 3) h 3 _
Figure 00000008
, four) ψ four _
Figure 00000011
, three depth sensors are connected respectively: 1) h 1 , 2) h 2 , 3) h 3 , and the trim angle sensor 4) ψ one _
Figure 00000004
.

К второму и третьему входам трех блоков диагностики 1) ψ 2 _

Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000015
, 3) ψ 4 _
Figure 00000011
подключены соответственно: 1) два датчика глубины h1, h2., 2) два датчика глубины h2, h3, 3) два датчика глубины h3, h1.To the second and third inputs of the three diagnostic blocks 1) ψ 2 _
Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000015
, 3) ψ four _
Figure 00000011
respectively connected: 1) two depth sensors h 1 , h 2. , 2) two depth sensors h 2 , h 3 , 3) two depth sensors h 3 , h 1 .

В семи блоках диагностики формируется семь модулей разности:In seven diagnostic blocks, seven difference modules are formed:

| h 1 - h 1 _ |

Figure 00000018
, | h 2 - h 2 _ |
Figure 00000019
, | h 3 - h 3 _ |
Figure 00000020
, | ψ 1 - ψ 1 _ |
Figure 00000021
, | ψ 2 - ψ 2 _ |
Figure 00000022
, | ψ 3 - ψ 3 _ |
Figure 00000023
, | ψ 4 - ψ 4 _ |
Figure 00000024
, которые сравниваются с заданными постоянными, если модули разности удовлетворяют условиям (1): | | | h one - h one _ | | |
Figure 00000018
, | | | h 2 - h 2 _ | | |
Figure 00000019
, | | | h 3 - h 3 _ | | |
Figure 00000020
, | | | ψ one - ψ one _ | | |
Figure 00000021
, | | | ψ 2 - ψ 2 _ | | |
Figure 00000022
, | | | ψ 3 - ψ 3 _ | | |
Figure 00000023
, | | | ψ four - ψ four _ | | |
Figure 00000024
, which are compared with the given constants, if the difference modules satisfy the conditions (1):

| h i - h i _ | < C 1

Figure 00000025
и | ψ i - ψ i _ | < C 2 , ( 1 )
Figure 00000026
| | | h i - h i _ | | | < C one
Figure 00000025
and | | | ψ i - ψ i _ | | | < C 2 , ( one )
Figure 00000026

(что подтверждает исправность «i»-ых датчиков и сетей формирования оценок глубины h i _

Figure 00000027
и оценок угла дифферента ψ i _
Figure 00000028
), то все эти оценки h i _
Figure 00000029
и ψ _ i
Figure 00000030
, введенные в блоки диагностики из соответствующих фильтров глубины h i _
Figure 00000031
фильтров угла дифферента ψ _ i
Figure 00000032
, подключают в блок формирователь средних значений оценок глубины h _ c p
Figure 00000033
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000034
. В случае исправности системы отказоустойчивого управления движением корабля (исправны все четыре датчика h1, h2, h3 и ψ1 и сети фильтров) в формирователе средних значений оценок глубины h _ c p
Figure 00000035
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000036
получим среднее значение оценок глубины h _ c p _ = 1 / 3 ( h 1 _ + h 2 _ + h 3 _ )
Figure 00000037
и среднее значение оценок угла дифферента ψ _ c p = 1 / 3 ( ψ _ 1 + ψ _ 2 + ψ _ 3 + ψ _ 3 )
Figure 00000038
. Выход формирователя среднего значения оценки глубины h _ c p
Figure 00000039
и среднего значения оценки угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000040
подключен к четвертому входу сумматора.(which confirms the health of the "i" -th sensors and networks for the formation of depth estimates h i _
Figure 00000027
and trim angle estimates ψ i _
Figure 00000028
), then all these estimates h i _
Figure 00000029
and ψ _ i
Figure 00000030
entered into the diagnostic blocks from the corresponding depth filters h i _
Figure 00000031
trim angle filters ψ _ i
Figure 00000032
connect the shaper of average values of depth estimates to the block h _ c p
Figure 00000033
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000034
. In the case of serviceability of the system of fault-tolerant control of the ship’s movement (all four sensors h 1 , h 2 , h 3 and ψ 1 and the filter network are operational) in the shaper of average values of depth estimates h _ c p
Figure 00000035
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000036
get the average value of the depth estimates h _ c p _ = one / 3 ( h one _ + h 2 _ + h 3 _ )
Figure 00000037
and average value of trim angle estimates ψ _ c p = one / 3 ( ψ _ one + ψ _ 2 + ψ _ 3 + ψ _ 3 )
Figure 00000038
. Shaper output of average depth estimate value h _ c p
Figure 00000039
and the average value of the trim angle estimate ψ _ c p
Figure 00000040
connected to the fourth input of the adder.

Выход сумматора подключен к входу рулевого привода.The output of the adder is connected to the input of the steering gear.

а) На входе рулевого привода (в случае установки в САУД режима автоматического управления движением корабля по глубине) формируется закон управления движением корабля по глубине, имеющий вид (аналогичен закону, принятому в прототипе):a) At the entrance of the steering gear (in the case when the automatic control of the ship’s movement in depth is set in the SAUD), the law of control of the ship’s movement in depth is formed, having the form (similar to the law adopted in the prototype):

d / d t _ δ з д = K 1 a ( h c p _ h з д _ ) + K 2 a d / d t h c p _ К 3 a δ   ( 2 )

Figure 00000041
, d / d t _ δ s d = K one a ( h c p _ - h s d _ ) + K 2 a d / d t h c p _ - TO 3 a δ ( 2 )
Figure 00000041
,

где h cp _

Figure 00000042
- среднее значение оценки глубины (подключено к четвертому входу сумматора с выхода блока формирователя средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000043
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p )
Figure 00000044
,Where h cp _
Figure 00000042
- the average value of the depth assessment (connected to the fourth input of the adder from the output of the block shaper average values of depth estimates h cp _
Figure 00000043
and average values of trim angle estimates ψ _ c p )
Figure 00000044
,

h зд _

Figure 00000045
- заданное значение глубины (подключено к третьему входу сумматора с выхода задатчика глубины hзд и угла дифферента ψзд), h healthy _
Figure 00000045
- the predetermined depth value (connected to the third input of the adder output setpoint bld depth h and the trim angle ψ zd),

d / d t h cp _

Figure 00000046
- производная от оценки среднего значения глубины (подключена к второму входу сумматора с выхода блока дифференцирования), d / d t h cp _
Figure 00000046
- the derivative of the assessment of the average depth (connected to the second input of the adder from the output of the differentiation block),

δ - угол руля (подключен к первому входу сумматора с выхода датчика руля),δ - rudder angle (connected to the first input of the adder from the output of the rudder sensor),

δзд - заданное значение угла руля,δ rear - the specified value of the steering angle,

d/dt_δзд - вводится с выхода сумматора на вход рулевого привода,d / dt_δ zd - is introduced from the adder output to the input of the steering drive,

К1a, 2а, 3а - постоянные коэффициенты регулирования.To 1a, 2a, 3a - constant regulation coefficients.

б) На входе рулевого привода (в случае установки режима автоматического управления движением корабля по углу дифферента) формируется закон управления движением корабля по углу дифферента, имеющий вид:b) At the input of the steering gear (in the case of setting the automatic control of the ship’s movement along the trim angle), the law of controlling the ship’s motion along the trim angle is formed, having the form:

d / d t _ δ з д = K 1 a ( ψ _ с р ψ з д ) + K 2 a d / d t ψ _ с р К 3 δ   ( 2 а )

Figure 00000047
, d / d t _ δ s d = K one a ( ψ _ from R - ψ s d ) + K 2 a d / d t ψ _ from R - TO 3 δ ( 2 but )
Figure 00000047
,

где ψ _ c p

Figure 00000048
- среднее значение оценки угла дифферента (подключено к четвертому входу сумматора с выхода блока формирователя средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000049
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000050
),Where ψ _ c p
Figure 00000048
- the average value of the estimation of the angle of the trim (connected to the fourth input of the adder from the output of the block shaper average values of depth estimates h cp _
Figure 00000049
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000050
),

ψзд - заданное значение угла дифферента (подключено к третьему входу сумматора с выхода задатчика глубины hзд и угла дифферента ψзд),ψ rear - set value of the angle of the trim (connected to the third input of the adder from the output of the master depth h rear and the angle of the trim ψ rear ),

d / d t ψ cp _

Figure 00000051
- производная от оценки среднего значения угла дифферента (подключена к второму входу сумматора с выхода блока дифференцирования, вход которого подключен к выходу формирователя средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000052
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000053
), d / d t ψ cp _
Figure 00000051
- the derivative of the average value of the angle of the trim (connected to the second input of the adder from the output of the differentiation unit, the input of which is connected to the output of the shaper of the average values of the depth estimates h cp _
Figure 00000052
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000053
),

δ - угол руля (подключен к первому входу сумматора с датчика руля),δ - rudder angle (connected to the first adder input from the rudder sensor),

δзд - заданное значение угла руляδ rear - set value of the steering angle

d/dt_δзд - формируется на выходе сумматора(которое подключается к входу рулевого привода),d / dt_δ zd - is formed at the output of the adder (which is connected to the input of the steering gear),

K1,2,3 - постоянные коэффициенты регулирования.K 1,2,3 - constant regulation coefficients.

Система отказоустойчивого управления движением корабля поясняется чертежами.The fail-safe control system for the movement of the ship is illustrated by drawings.

На фигуре 1 приведена блок-схема системы отказоустойчивого управления движением корабля, которая содержит:The figure 1 shows a block diagram of a fail-safe control system for the movement of the ship, which contains:

датчик руля δ - 1, датчик глубины h1 - 2, датчик угла дифферента ψ - 3, рулевой привод - 4, задатчик глубины и угла дифферента hзд, ψзд - 5, фильтр оценки глубины h1 - 6, фильтр оценки угла дифферента ψ1 - 1, сумматор - 8, блок дифференцирования - 9, второй и третий датчики глубины h2 и h3 - 10, 11, фильтр оценки глубины h2 - 12, фильтр оценки глубины h3 - 13, фильтр оценки угла дифферента ψ2 - 14, фильтр оценки угла дифферента ψ3 - 15, фильтр оценки угла дифферента ψ4 - 16, семь блоков диагностики 17-23, формирователь средних значений оценок глубины h cp _

Figure 00000054
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000055
- 24.rudder sensor δ - 1, depth sensor h 1 - 2, trim angle sensor ψ - 3, steering gear - 4, adjuster of depth and angle of trim h rear , ψ rear - 5, depth estimation filter h 1 - 6, trim angle estimation filter ψ 1 - 1, adder - 8, differentiation unit - 9, second and third depth sensors h 2 and h 3 - 10, 11, depth estimation filter h 2 - 12, depth estimation filter h 3 - 13, trim angle estimation filter ψ two - 14, trim angle estimating filter ψ 3 - 15, trim angle estimating filter ψ 4 - 16, seven diagnostic blocks 17-23, shaper averages depth estimates h cp _
Figure 00000054
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000055
- 24.

Объект управления - корабль - 25.Object of control - ship - 25.

Реализация рассматриваемой системы возможна на базе:The implementation of the system in question is possible on the basis of:

- аналоговых счетно-решающих элементов с использованием дискретных логических элементов,- analog computing elements using discrete logic elements,

- с использованием цифровой техники,- using digital technology,

- датчики следует применить серийно выпускаемые нашей промышленностью с точностью измерения не хуже 0,5°,- sensors should be used commercially available by our industry with a measurement accuracy of no worse than 0.5 °,

- фильтры оценки глубины и оценки угла дифферента включают электронные модели движения корабля с постоянными коэффициентами передачи (может быть использована также адаптивная электронная модель движения корабля),- depth assessment and trim angle estimation filters include electronic models of the ship’s motion with constant transmission coefficients (an adaptive electronic model of the ship’s motion can also be used),

- блоки диагностики и формирователь средних значений оценок глубины h cp _

Figure 00000056
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000057
- 24 - целесообразно реализовывать в форме программно-аппаратных модулей.- diagnostic blocks and shaper of average values of depth estimates h cp _
Figure 00000056
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000057
- 24 - it is advisable to implement in the form of software and hardware modules.

Особенности работы системы отказоустойчивого управления движением корабля.Features of the system fail-safe control of the movement of the ship.

1. Формирование оценок измеряемой информации - h i _

Figure 00000031
, ψ _ i _
Figure 00000058
(используются датчики 1, 2, 3, 10, 11, фильтры 6, 7, 12-16 и формирователь 24).1. Formation of assessments of the measured information - h i _
Figure 00000031
, ψ _ i _
Figure 00000058
(sensors 1, 2, 3, 10, 11, filters 6, 7, 12-16 and driver 24 are used).

Оценки глубины корабля h i _

Figure 00000031
оценки угла дифферента ψ _ i _
Figure 00000059
вырабатываются в семи фильтрах 6, 7, 12-16 с использованием электронной модели движения корабля по глубине и углу дифферента.Ship Depth Estimates h i _
Figure 00000031
trim angle estimates ψ _ i _
Figure 00000059
are developed in seven filters 6, 7, 12-16 using an electronic model of the ship's movement along the depth and angle of the trim.

а) Формирование оценок глубины h i _

Figure 00000031
. На первый вход трех фильтров оценки глубины: h 1 _
Figure 00000060
- 6, h _ 2 12
Figure 00000061
и h _ 3 _ 13
Figure 00000062
подключен выход датчика руля δ - 1, вторые входы этих трех фильтров оценки глубины соединены соответственно с:a) Formation of depth estimates h i _
Figure 00000031
. At the first input of three depth estimation filters: h one _
Figure 00000060
- 6, h _ 2 - 12
Figure 00000061
and h _ 3 _ - 13
Figure 00000062
the rudder sensor output δ - 1 is connected, the second inputs of these three depth estimation filters are connected respectively to:

- выходом датчика глубины h1 - 2 (подключен к фильтру оценки глубины - 6),- the output of the depth sensor h 1 - 2 (connected to the filter depth assessment - 6),

- выходом датчика глубины h2 -_ 10 (подключен к фильтру оценки глубины - 12),- the output of the depth sensor h 2 -_ 10 (connected to the filter depth assessment - 12),

- выходом датчика глубины h3 - 11 (подключен к фильтру оценки глубины - 13).- the output of the depth sensor h 3 - 11 (connected to the filter depth assessment - 13).

б) Формирование оценок угла дифферента - ψ _ i _

Figure 00000063
. На первый вход четырех фильтров угла дифферента: ψ1 - 7, ψ2 - 14, ψ3 - 15, ψ4 - 16, подключен выход датчика руля δ - 1. На второй вход фильтра оценки угла дифферента - 7 подключен выход датчика угла дифферента ψ1 - 3. Второй и третий входы остальных трех фильтров оценки угла дифферента соединены с:b) Formation of estimates of the angle of trim - ψ _ i _
Figure 00000063
. The output of the four trim angle filters: ψ 1 - 7, ψ 2 - 14, ψ 3 - 15, ψ 4 - 16, the output of the rudder sensor δ - 1. The output of the trim angle estimation filter - 7 is connected to the output of the trim angle sensor ψ 1 - 3. The second and third inputs of the remaining three filters for evaluating the angle of the trim are connected to:

- датчиками глубины h1 - 2. и h2 - 10 (подключены к фильтру оценки угла дифферента - 14),- depth sensors h 1 - 2. and h 2 - 10 (connected to the filter estimates the angle of trim - 14),

- датчиками глубины h2 - 10 и h3 - l1 (подключены к фильтру оценки угла дифферента - 15),- depth sensors h 2 - 10 and h 3 - l1 (connected to the filter estimates the angle of trim - 15),

- датчиками глубины h1 - 2 и h3 - 11 (подключены к фильтру оценки угла дифферента - 16),- depth sensors h 1 - 2 and h 3 - 11 (connected to the filter estimates the angle of the trim - 16),

2. Формирование оценок глубины h _ i

Figure 00000064
и оценок угла дифферента ψ _ i
Figure 00000065
в формирователе - 24 (используются три датчика глубины: 2, 10, 11, и датчик угла дифферента 3, семь блоков диагностики 17-23 и формирователь средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000066
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000067
- 24).2. Formation of depth estimates h _ i
Figure 00000064
and trim angle estimates ψ _ i
Figure 00000065
in the shaper - 24 (three depth sensors are used: 2, 10, 11, and a trim angle sensor 3, seven diagnostic blocks 17-23 and a shaper of average values of depth estimates h cp _
Figure 00000066
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000067
- 24).

а) В блоках диагностики 17, 19, 20 вычисляется модуль разности: | h i h i _ |

Figure 00000068
,a) In the diagnostic blocks 17, 19, 20, the difference module is calculated: | | | h i - h i _ | | |
Figure 00000068
,

если модуль разности глубин меньше допустимого значения Сh:if the modulus of the difference in depth is less than the allowable value of With h :

| h i h i _ | < C h ( 3 )

Figure 00000069
, | | | h i - h i _ | | | < C h ( 3 )
Figure 00000069
,

то с выхода данного «i» блока диагностики поступит оценка глубины h _ i

Figure 00000070
в формирователь средних значений h cp _
Figure 00000071
- 24,then the output of this “i” diagnostic unit will receive a depth estimate h _ i
Figure 00000070
into the average shaper h cp _
Figure 00000071
- 24,

если удовлетворяется условие:if the condition is satisfied:

| h i - h i _ | C h ( 3 a )

Figure 00000072
, | | | h i - h i _ | | | C h ( 3 a )
Figure 00000072
,

то с выхода данного «i» блока диагностики не поступит оценка глубины h _ i

Figure 00000073
в формирователь средних значений h cp _
Figure 00000074
- 24,then the output of this “i” diagnostic unit will not receive a depth estimate h _ i
Figure 00000073
into the average shaper h cp _
Figure 00000074
- 24,

б) В блоках диагностики 18, 21, 22 и 23 формируется модуль разности: | ψ 1 - ψ 1 _ |

Figure 00000021
, | ψ 2 - ψ 2 _ |
Figure 00000022
, | ψ 3 - ψ 3 _ |
Figure 00000023
и | ψ 4 - ψ 4 _ |
Figure 00000024
,b) In the diagnostic blocks 18, 21, 22 and 23, the difference module is formed: | | | ψ one - ψ one _ | | |
Figure 00000021
, | | | ψ 2 - ψ 2 _ | | |
Figure 00000022
, | | | ψ 3 - ψ 3 _ | | |
Figure 00000023
and | | | ψ four - ψ four _ | | |
Figure 00000024
,

если модуль разности угла дифферента меньше допустимого значения Сψ:if the modulus of the difference in the angle of the trim is less than the permissible value of Cψ:

| ψ 1 ψ 1 _ | < C ψ ( 4 )

Figure 00000075
, | | | ψ one - ψ one _ | | | < C ψ ( four )
Figure 00000075
,

то с выхода данного «i» блока диагностики поступит оценка угла дифферента ψ _ i _

Figure 00000076
в формирователь средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000077
и угла дифферента ψ _ c p _
Figure 00000078
- 24,then, from the output of this “i” diagnostic unit, an assessment of the trim angle ψ _ i _
Figure 00000076
shaper of average values of depth estimates h cp _
Figure 00000077
and trim angle ψ _ c p _
Figure 00000078
- 24,

если удовлетворяется условие:if the condition is satisfied:

| ψ i - ψ i _ | C ψ ( 4 a )

Figure 00000079
, | | | ψ i - ψ i _ | | | C ψ ( four a )
Figure 00000079
,

то оценки угла дифферента - ψ _ i _

Figure 00000080
с «i» блока диагностики 18, или 21, или 22, или 23 не вводятся в формирователь 24.then the trim angle estimates are ψ _ i _
Figure 00000080
with "i" of the diagnostic unit 18, or 21, or 22, or 23 are not entered into the driver 24.

3. Получение средних значений оценок глубины hcp и оценок угла дифферента ψср (формирователь средних значений оценок глубины hcp и оценок угла дифферента ψср - 24)3. Obtaining the average values of the estimates of the depth h cp and estimates of the angle of the trim ψ cf (the shaper of the average values of the estimates of the depth h cp and the estimates of the angle of the ψ cp - 24)

а) В случае нормальных условий плавания (все каналы управления САУД исправны) в семи блоках диагностики 17-23 удовлетворяются условия (3) и (4), поэтому три оценки глубины и четыре оценки угла дифферента вводятся в формирователь среднего значения оценки глубины h cp _

Figure 00000081
и дифферентам ψ _ c p _
Figure 00000082
- 24 (в формирователе 24 в этом случае вычисляется среднее значение оценки глубины и дифферента):a) In the case of normal navigation conditions (all CAUD control channels are operational) in seven diagnostic blocks 17-23 conditions (3) and (4) are satisfied, therefore, three depth assessments and four trim angle assessments are entered into the imager of the average depth assessment value h cp _
Figure 00000081
and trim ψ _ c p _
Figure 00000082
- 24 (in the former 24 in this case, the average value of the depth and trim estimate is calculated):

h _ c p _ = ( h 1 _ + h 2 _ + h 3 _ ) / 3

Figure 00000083
, ψ _ c p _ = ( ψ _ 1 _ + ψ _ 2 _ + ψ _ 3 _ + ψ _ 4 _ ) / 4 ( 5 )
Figure 00000084
, h _ c p _ = ( h one _ + h 2 _ + h 3 _ ) / 3
Figure 00000083
, ψ _ c p _ = ( ψ _ one _ + ψ _ 2 _ + ψ _ 3 _ + ψ _ four _ ) / four ( 5 )
Figure 00000084
,

где h 1 _

Figure 00000017
, h 2 _
Figure 00000085
, h 3 _
Figure 00000086
- оценки глубины, вычисленные в фильтрах 6, 12, 13,Where h one _
Figure 00000017
, h 2 _
Figure 00000085
, h 3 _
Figure 00000086
- depth estimates calculated in filters 6, 12, 13,

ψ 1 _

Figure 00000004
, ψ 2 _
Figure 00000087
, ψ 3 _
Figure 00000088
, ψ 4 _
Figure 00000089
- оценки угла дифферента, вычисленные в фильтрах 7, 14, 15, 16. ψ one _
Figure 00000004
, ψ 2 _
Figure 00000087
, ψ 3 _
Figure 00000088
, ψ four _
Figure 00000089
- estimates of the angle of the trim calculated in the filters 7, 14, 15, 16.

Выход формирователя средних значений оценки глубины и угла дифферента 24 подключен к четвертому входу сумматора 8. На выходе сумматора 8 формируется закон управления рулевым приводом, в соответствии с зависимостью (2) или (2а). Выход сумматора 8 подключен к входу рулевого привода 4, при этом обеспечивается движение корабля на заданной глубине или с заданным углом дифферента (в зависимости от установленного в САУД режима управления движением по заданной глубине плавания или с заданным углом дифферента).The output of the shaper of the average values for estimating the depth and angle of trim 24 is connected to the fourth input of the adder 8. At the output of the adder 8, a steering control law is generated in accordance with dependence (2) or (2a). The output of the adder 8 is connected to the input of the steering gear 4, while the ship is moving at a given depth or with a given trim angle (depending on the control mode set in the SAUD for a given swimming depth or with a given trim angle).

б) В случае сбоя в одном из датчиков 2, или 3, или 10, или 11 (каналов формирования оценок h i _

Figure 00000031
и ψ _ i
Figure 00000090
) в блоках диагностики удовлетворяется условие (3а) и/или (4а), при этом в формирователе среднего значения оценки глубины h cp _
Figure 00000091
и дифферента ψ cp _
Figure 00000092
24 вычисляется среднее значение оценки глубины и дифферента с использованием оценок h i _
Figure 00000031
и ψ _ i _
Figure 00000093
только исправных каналов.b) In the event of a failure in one of the sensors 2, or 3, or 10, or 11 (channels for generating estimates h i _
Figure 00000031
and ψ _ i
Figure 00000090
) in the diagnostic blocks, condition (3a) and / or (4a) is satisfied, while in the shaper of the average value of the depth estimate h cp _
Figure 00000091
and trim ψ cp _
Figure 00000092
24 calculates the average value of the assessment of depth and trim using estimates h i _
Figure 00000031
and ψ _ i _
Figure 00000093
only serviceable channels.

б1) Сбой в датчике h1 - 2:b 1 ) Failure in the sensor h 1 - 2:

- в блоке диагностики 17 реализовалась зависимость (3а):- in the diagnostic unit 17, the dependence (3a) was realized:

| h 1 - h 1 _ | C h ( 3 a 1 )

Figure 00000094
, | | | h one - h one _ | | | C h ( 3 a one )
Figure 00000094
,

- в блоке диагностики 21 реализовалась зависимость (4а):- in the diagnostic unit 21, the dependence (4a) was realized:

| ψ 2 - ψ 2 _ | C ψ ( 4 a 1 )

Figure 00000095
, | | | ψ 2 - ψ 2 _ | | | C ψ ( four a one )
Figure 00000095
,

- в блоке диагностики 23 реализовалась зависимость (4а):- in the diagnostic unit 23, the dependence (4a) was realized:

| ψ 4 - ψ 2 _ | C ψ , ( 4 a 11 )

Figure 00000096
, | | | ψ four - ψ 2 _ | | | C ψ , ( four a eleven )
Figure 00000096
,

где: ψ2 - измеренный угол дифферента (ψ2=(h1-h2)/L вычисляется в фильтре 14 с использованием измеренных глубин: h1 с датчика 2, h2 с датчика 10, который из фильтра 14 вводится в блок диагностики 21),where: ψ 2 is the measured trim angle (ψ 2 = (h 1 -h 2 ) / L is calculated in the filter 14 using the measured depths: h 1 from the sensor 2, h 2 from the sensor 10, which is introduced from the filter 14 into the diagnostic unit 21)

ψ _ 2

Figure 00000097
- оценка угла дифферента ψ2 (вычисляется в фильтре 14 с использованием динамической модели движения корабля по дифференту), ψ _ 2
Figure 00000097
- assessment of the angle of trim ψ 2 (calculated in the filter 14 using a dynamic model of the movement of the ship along the trim),

ψ4 - измеренный угол дифферента (ψ4=(h1-h3)/L1 вычисляется в фильтре 16 с использованием измеренных глубин: h1 с датчика 2, h3 с датчика 11, который из фильтра 16 и вводится в блок диагностики 23),ψ 4 - the measured trim angle (ψ 4 = (h 1 -h 3 ) / L 1 is calculated in the filter 16 using the measured depths: h 1 from the sensor 2, h 3 from the sensor 11, which is entered from the filter 16 into the diagnostic unit 23)

ψ _ 4

Figure 00000098
- оценка угла дифферента ψ4 (вычисляется в фильтре 16 с использованием динамической модели движения корабля по дифференту), ψ _ four
Figure 00000098
- assessment of the angle of the trim ψ 4 (calculated in the filter 16 using a dynamic model of the ship's movement along the trim),

L - расстояние между датчиками 2 и 10,L is the distance between the sensors 2 and 10,

L1 - расстояние между датчиками 2 и 11.L 1 - the distance between the sensors 2 and 11.

Среднее значение оценки глубины h _ с р

Figure 00000099
и дифферента ψ _ c p
Figure 00000100
в формирователе среднего значения оценки глубины и дифферента 24 вычисляется в виде:Depth Assessment Average h _ from R
Figure 00000099
and trim ψ _ c p
Figure 00000100
in the shaper of the average value of the assessment of depth and trim 24 is calculated as:

h _ c p _ = ( h 2 _ + h _ 3 ) / 2

Figure 00000101
, ψ c p = ( ψ 1 _ + ψ _ 3 ) / 2, ( 5 1 )
Figure 00000102
. h _ c p _ = ( h 2 _ + h _ 3 ) / 2
Figure 00000101
, ψ c p = ( ψ one _ + ψ _ 3 ) / 2 ( 5 one )
Figure 00000102
.

Среднее значение оценки глубины - h ср (51) поступит в сумматор 8 только при режиме управления движением корабля по глубине (см. зависимость (2)).The average value of the depth estimate - h cf (5 1 ) will go to adder 8 only when the ship controls the depth of the ship (see dependence (2)).

Среднее значение оценки угла дифферента - ψ ср (51) поступит в сумматор 8 только при режиме управления движением корабля по углу дифферента (см. зависимость (2а)).The average value of the assessment of the angle of the trim - ψ cf (5 1 ) will go to the adder 8 only in the mode of controlling the movement of the ship along the angle of the trim (see dependence (2a)).

б2) Сбой в датчике глубины h2 - 10:b 2 ) Failure in the depth sensor h 2 - 10:

- в блоке диагностики 19 реализовалась зависимость (3а):- in the diagnostic unit 19, the dependence (3a) was realized:

| h 2 - h _ 2 | C h ( 3 a 2 )

Figure 00000103
, | | | h 2 - h _ 2 | | | C h ( 3 a 2 )
Figure 00000103
,

- в блоке диагностики 21 реализовалась зависимость (4а):- in the diagnostic unit 21, the dependence (4a) was realized:

| ψ 2 - ψ _ 2 | C ψ ( 4 a 2 )

Figure 00000104
, | | | ψ 2 - ψ _ 2 | | | C ψ ( four a 2 )
Figure 00000104
,

- в блоке диагностики 22 реализовалась зависимость (4а):- in the diagnostic unit 22, the dependence (4a) was realized:

| ψ 3 - ψ _ 3 | C ψ ( 4 a 2 1 )

Figure 00000105
, | | | ψ 3 - ψ _ 3 | | | C ψ ( four a 2 one )
Figure 00000105
,

где: ψ2 - измеренный угол дифферента (ψ2=(h1-h2)/L вычисляется в фильтре 14 с использованием измеренных глубин: h1 с датчика 2, h2 с датчика 10, ψ2 из фильтра 14 вводится в блок диагностики 21),where: ψ 2 is the measured trim angle (ψ 2 = (h 1 -h 2 ) / L is calculated in the filter 14 using the measured depths: h 1 from the sensor 2, h 2 from the sensor 10, ψ 2 from the filter 14 is entered into the block Diagnostics 21)

ψ _ 2

Figure 00000106
- оценка угла дифферента ψ2 (вычисляется в фильтре 14 с использованием динамической модели движения корабля по дифференту), ψ _ 2
Figure 00000106
- assessment of the angle of trim ψ 2 (calculated in the filter 14 using a dynamic model of the movement of the ship along the trim),

ψ3 - измеренный угол дифферента (ψ3=(h1-h3)/L2 вычисляется в фильтре 15 с использованием измеренных глубин: h1 с датчика 2, h3 с датчика 11, ψ3 из фильтра 15 вводится в блок диагностики 22),ψ 3 - the measured trim angle (ψ 3 = (h 1 -h 3 ) / L 2 is calculated in the filter 15 using the measured depths: h 1 from the sensor 2, h 3 from the sensor 11, ψ 3 from the filter 15 is entered into the diagnostic unit 22)

ψ _ 3

Figure 00000107
- оценка угла дифферента ψ _ 3
Figure 00000108
(вычисляется в фильтре 15 с использованием динамической модели движения корабля по дифференту), ψ _ 3
Figure 00000107
- assessment of the trim angle ψ _ 3
Figure 00000108
(calculated in filter 15 using a dynamic model of the ship’s movement along the trim),

L - расстояние между датчиками 2 и 10,L is the distance between the sensors 2 and 10,

L2 - расстояние между датчиками 2 и 11.L 2 - the distance between the sensors 2 and 11.

Среднее значение оценки глубины h cp _

Figure 00000109
и дифферента ψ _ c р _
Figure 00000110
в формирователе среднего значения оценки глубины и дифферента 24 примет вид:Depth Assessment Average h cp _
Figure 00000109
and trim ψ _ c R _
Figure 00000110
in the shaper of the average value for assessing the depth and trim 24 will take the form:

h _ c p _ = ( h 1 _ + h _ 3 ) / 2

Figure 00000111
, ψ c p = ( ψ 1 _ + ψ _ 4 ) / 2 ( 5 2 )
Figure 00000112
. h _ c p _ = ( h one _ + h _ 3 ) / 2
Figure 00000111
, ψ c p = ( ψ one _ + ψ _ four ) / 2 ( 5 2 )
Figure 00000112
.

б3) Сбой в датчике глубинны h3 - 11:b 3 ) Failure in the sensor depth h 3 - 11:

- в блоке диагностики 20 реализовалась зависимость (3а):- in the diagnostic unit 20, the dependence (3a) was realized:

| h 3 - h _ 3 | C h ( 3 a 3 )

Figure 00000113
, | | | h 3 - h _ 3 | | | C h ( 3 a 3 )
Figure 00000113
,

- в блоке диагностики 23 реализовалась зависимость (4а):- in the diagnostic unit 23, the dependence (4a) was realized:

| ψ 4 - ψ _ 4 | C ψ ( 4 a 3 )

Figure 00000114
, | | | ψ four - ψ _ four | | | C ψ ( four a 3 )
Figure 00000114
,

-. в блоке диагностики 22 реализовалась зависимость (4а):-. in the diagnostic unit 22, the dependence (4a) was realized:

| ψ 3 - ψ _ 3 | C ψ ( 4 a 31 )

Figure 00000115
, | | | ψ 3 - ψ _ 3 | | | C ψ ( four a 31 )
Figure 00000115
,

где: ψ4 - измеренный угол дифферента (ψ4=(h1-h)/L вычисляется в фильтре 16 с использованием измеренных глубин: h1 с датчика 2, h3 с датчика 11, ψ4 из фильтра 16 вводится в блок диагностики 22),where: ψ 4 is the measured trim angle (ψ 4 = (h 1 -h) / L is calculated in the filter 16 using the measured depths: h 1 from the sensor 2, h 3 from the sensor 11, ψ 4 from the filter 16 is entered into the diagnostic unit 22)

ψ _ 4

Figure 00000116
- оценка угла дифферента ψ _ 4
Figure 00000117
(вычисляется в фильтре 16 с использованием динамической модели движения корабля по углу дифферента), ψ _ four
Figure 00000116
- assessment of the trim angle ψ _ four
Figure 00000117
(calculated in filter 16 using a dynamic model of the ship’s movement along the trim angle),

ψ3 - измеренный угол дифферента (ψ3=(h2-h3)/L2 вычисляется в фильтре 15 с использованием измеренных глубин: h2 с датчика 10, h3 с датчика 11, ψ3 из фильтра 15 вводится в блок диагностики 22),ψ 3 - the measured trim angle (ψ 3 = (h 2 -h 3 ) / L 2 is calculated in the filter 15 using the measured depths: h 2 from the sensor 10, h 3 from the sensor 11, ψ 3 from the filter 15 is entered into the diagnostic unit 22)

ψ _ 3

Figure 00000118
- оценка угла дифферента ψ3 (вычисляется в фильтре 15 с использованием динамической модели движения корабля по углу дифферента), ψ _ 3
Figure 00000118
- assessment of the angle of trim ψ 3 (calculated in the filter 15 using a dynamic model of the movement of the ship along the angle of the trim),

L - расстояние между датчиками 2 и 11,L is the distance between the sensors 2 and 11,

L2 - расстояние между датчиками 10 и 11.L 2 is the distance between the sensors 10 and 11.

Среднее значение оценки глубины h cp _

Figure 00000119
и дифферента ψ _ c p _
Figure 00000120
в формирователе среднего значения оценки глубины и дифферента 24 примет вид:Depth Assessment Average h cp _
Figure 00000119
and trim ψ _ c p _
Figure 00000120
in the shaper of the average value for assessing the depth and trim 24 will take the form:

h _ c p _ = ( h 1 _ + h _ 3 ) / 2

Figure 00000121
, ψ c p = ( ψ 1 _ + ψ _ 3 ) / 2 ( 5 3 )
Figure 00000122
. h _ c p _ = ( h one _ + h _ 3 ) / 2
Figure 00000121
, ψ c p = ( ψ one _ + ψ _ 3 ) / 2 ( 5 3 )
Figure 00000122
.

г) Сбой в датчике угла дифферента ψ1 - 3:d) Failure in the trim angle sensor ψ 1 - 3:

в блоке диагностики 7 выполнилась зависимость:in the block of diagnostics 7 the dependency is fulfilled:

| ψ 1 - ψ _ 1 _ | C ψ ( 4 a 4 )

Figure 00000123
. | | | ψ one - ψ _ one _ | | | C ψ ( four a four )
Figure 00000123
.

Среднее значение оценки глубины h cp _

Figure 00000119
и дифферента ψ _ c p
Figure 00000053
в формирователе среднего значения оценки глубины и дифферента 24 примет вид:Depth Assessment Average h cp _
Figure 00000119
and trim ψ _ c p
Figure 00000053
in the shaper of the average value for assessing the depth and trim 24 will take the form:

h _ c p _ = ( h 1 _ + _ h _ 2 + h 3 _ ) / 3

Figure 00000124
, ψ c p = ( ψ 2 _ + ψ 3 _ + ψ _ 4 ) / 3 _ ( 5 a 4 )
Figure 00000125
. h _ c p _ = ( h one _ + _ h _ 2 + h 3 _ ) / 3
Figure 00000124
, ψ c p = ( ψ 2 _ + ψ 3 _ + ψ _ four ) / 3 _ ( 5 a four )
Figure 00000125
.

4. Управление движением корабля по глубине или углу дифферента.4. Control of the movement of the ship in the depth or angle of the trim.

В предложенной САУД предусматривается два режима управления движением корабля:The proposed SAUD provides for two modes of controlling the movement of the ship:

- переходы на заданное значение глубины и последующую стабилизацию на ней - h _ c p = h _ з д ,

Figure 00000126
- transitions to a predetermined depth value and subsequent stabilization on it - h _ c p = h _ s d ,
Figure 00000126

- по углу дифферента с последующей стабилизацией на этом угле дифферента ψсрзд.- according to the angle of the trim with subsequent stabilization on this angle of the trim ψ sr = ψ rear .

Рассмотрим режим управления по глубине.Consider the control mode in depth.

Боцман в задатчике глубины и угла дифферента 5 устанавливает требуемый режим управления.The boatswain in the setpoint depth and angle trim 5 sets the desired control mode.

а) Устанавливает задатчиком 5 заданную глубину плавания корабля hзд, при этом в рассматриваемой системе формируется закон (2) автоматического управления рулевым приводом 4, который выводит корабль на заданную глубину и удерживает корабль на заданной глубине.a) Sets the master 5 to the desired cruising depth of the ship h rear , while in this system the law (2) of automatic control of the steering gear 4 is formed, which takes the ship to a given depth and keeps the ship at a given depth.

Рассмотрим операции, которые при этом выполняются в системе.Consider the operations that are performed in the system.

На вход сумматора 8 подключены:The input of the adder 8 is connected:

- заданная глубина hзд (с задатчика глубины дифферента 5),- a predetermined depth h rear (from the dial depth 5),

- скорость изменения глубины d/dth cp с блока дифференцирования 9, на вход которого поступает оценка среднего значения глубины из формирователя 24),- the rate of change of depth d / dt h cp from the differentiation unit 9, the input of which receives an estimate of the average depth from the shaper 24),

- угол перекладки руля δ (с датчика руля 1),- rudder angle δ (from rudder sensor 1),

- среднее значение оценок глубин - h cp _

Figure 00000127
(с формирователя среднего значения оценок глубин h cp _
Figure 00000128
и угла дифферента ψср - 24).- average value of depth estimates - h cp _
Figure 00000127
(from the shaper of the average value of the depth estimates h cp _
Figure 00000128
and trim angle ψ sr - 24).

В сумматоре 8 формируется закон управления (2), который и реализуется на входе рулевого привода 4, обеспечивая тем самым движение корабля на заданной глубине hзд.The adder 8 forming the control law (2), which is realized on the steering gear inlet 4, thereby providing movement of the ship at a predetermined depth h zd.

б) Устанавливает заданный угол дифферента ψзд, при этом в рассматриваемой системе формируется закон (2а) автоматического управления рулевым приводом 4, который выводит корабль на заданный угол дифферента и удерживает корабль на заданном значении угла дифферента.b) Sets the given trim angle ψ rear , while in the system under consideration the law (2a) of automatic control of the steering gear 4 is formed, which displays the ship at the given trim angle and holds the ship at the given trim angle.

Рассмотрим операции, которые при этом выполняются в системе. На вход сумматора 8 подключается:Consider the operations that are performed in the system. The input of the adder 8 is connected:

- заданный угол дифферента - ψзд (с задатчика глубины и дифферента 5),- a given angle of trim - ψ rear (from the depth gauge and trim 5),

- производная от оценки среднего угла дифферента - d/dt_ψcp (с блока дифференцирования 9, на вход которого поступает оценка среднего значения угла дифферента ψср из формирователя 24),- the derivative of the estimate of the average angle of the trim - d / dt_ψ cp (from the differentiation unit 9, the input of which receives the estimate of the average value of the angle of the trim ψ cf from the shaper 24),

- угол перекладки руля - δ (с датчика руля 1),- rudder angle - δ (from rudder sensor 1),

- среднее значение оценок угла дифферента - ψср (с формирователя среднего значения оценок глубин h cp _

Figure 00000129
и угла дифферента ψср - 24);- the average value of the estimates of the angle of the trim - ψ cf (from the shaper of the average value of the estimates of the depths h cp _
Figure 00000129
and trim angle ψ sr - 24);

В сумматоре 8 формируется закон управления (2а), который поступает на вход рулевого привода 4, обеспечивая тем самым движение корабля с заданным углом дифферента ψзд.In the adder 8, the control law (2a) is generated, which is fed to the input of the steering gear 4, thereby ensuring the movement of the ship with a given trim angle ψ rear .

Проведенное моделирование работы рассмотренной выше системы подтвердило эффективность использования предложенной системы отказоустойчивого управления.The simulation of the above system confirmed the effectiveness of the proposed fail-safe control system.

На фиг 2. и 3 представлены результаты моделирования алгоритмов фильтрации в случае отказа одного из датчиков глубины в типовой САУД и в системе отказоустойчивого управления движением корабля, которая рассмотрена выше.Fig. 2 and 3 show the results of modeling filtering algorithms in the event of a failure of one of the depth sensors in a typical SAUD and in the fault-tolerant ship motion control system, which was discussed above.

Claims (1)

Система отказоустойчивого управления движением корабля, содержащая блок дифференцирования, датчик руля δ, датчик глубины h1, датчик угла дифферента ψ1, рулевой привод, задатчик глубины hзд и угла дифферента ψзд, сумматор, на первый вход которого подключен датчик руля δ, на второй вход-выход блока дифференцирования, на третий вход - задатчик глубины hзд и угла дифферента ψзд, выход сумматора подключен к входу рулевого привода, фильтр оценки глубины h _ 1
Figure 00000130
, на вход которого подключен датчик глубины h1 и датчик руля δ, фильтр оценки угла дифферента ψ _ 1
Figure 00000131
, на вход которого подключен датчик угла дифферента ψ1 и датчик руля δ, отличается тем, что в систему введены: датчик глубины h2, датчик глубины h3, фильтр оценки глубины h 2 _
Figure 00000007
, фильтр оценки глубины h 3 _
Figure 00000132
, фильтр оценки угла дифферента ψ 2 _
Figure 00000012
, фильтр оценки угла дифферента ψ 3 _
Figure 00000013
, фильтр оценки угла дифферента ψ 4, _
Figure 00000133
, на первый вход каждого из пяти фильтров: h 2 _
Figure 00000007
, h 3 _
Figure 00000132
, ψ 2 _
Figure 00000012
, ψ 3 _
Figure 00000015
, ψ 4 _
Figure 00000011
подключен выход датчика руля δ, датчик глубины h2 подключен ко второму входу фильтра оценки глубины h2, датчик глубины h3 подключен ко второму входу фильтра оценки глубины h3, ко второму и третьему входам трех фильтров оценки угла дифферента: 1) ψ 2 _
Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000013
, 3) ψ 4 _
Figure 00000011
подключены соответственно выходы двух датчиков глубины: 1) h1 и h2, 2) h2 и h3, 3) h1 и h3; формирователь средних значений оценки глубины h _ c p
Figure 00000134
и оценки угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000053
; семь блоков диагностики: h 1 _
Figure 00000014
, h 2 _
Figure 00000007
, h 3 _
Figure 00000135
, ψ 1 _
Figure 00000004
, ψ 2 _
Figure 00000012
, ψ 3 _
Figure 00000015
, ψ 4 _
Figure 00000136
, к первым входам которых подключены соответственно: выход фильтра оценки глубины h 1 _
Figure 00000014
, выход фильтра оценки глубины h 2 _
Figure 00000137
, выход фильтра оценки глубины h 3 _
Figure 00000138
, выход фильтра оценки угла дифферента ψ 1 _
Figure 00000004
, выход фильтра оценки угла дифферента ψ 2 _
Figure 00000139
, выход фильтра оценки угла дифферента ψ 3 _
Figure 00000140
, выход фильтра оценки угла дифферента ψ 4 _
Figure 00000141
; ко второму входу четырех блоков диагностики: 1) h 1 _
Figure 00000016
, 2) h 2 _
Figure 00000142
, 3) h 3 _
Figure 00000143
, 4) ψ 1 _
Figure 00000144
подключены соответственно три датчика глубины: 1) h1, 2) h2, 3) h3 и датчик угла дифферента 4) ψ1; ко второму и третьему входам трех фильтров оценки угла дифферента: 1) ψ 2 _
Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000015
, 3) ψ 4 _
Figure 00000136
подключены соответственно: а) два датчика глубины h1, h2, б) два датчика глубины h2, h3, 3) два датчика глубины h3, h1; в семи блоках диагностики формируются семь модулей разности:
| h 1 - h 1 _ |
Figure 00000018
, | h 2 - h 2 _ |
Figure 00000145
, | h 3 - h 3 _ |
Figure 00000020
, | ψ 1 - ψ 1 _ |
Figure 00000146
, | ψ 2 - ψ 2 _ |
Figure 00000022
, | ψ 3 - ψ 3 _ |
Figure 00000023
, | ψ 4 - ψ 4 _ |
Figure 00000024
;
если все семь модулей разности удовлетворяют условиям:
| h i - h i _ | < C 1
Figure 00000147
и |ψi -ψ i| < C2,
то оценки h i _
Figure 00000027
и ψ _ i
Figure 00000148
из соответствующих фильтров глубины h i _
Figure 00000027
и фильтров угла дифферента ψ _ i
Figure 00000149
, через блоки диагностики, подключаются в блок формирователь средних значений оценок глубины h _ c p
Figure 00000150
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000151
, где вычисляются средние значения:
h _ c p
Figure 00000152
= ( h 1 _
Figure 00000016
+ h 2 _
Figure 00000142
+ h 3 _
Figure 00000143
)/3 и ψ _ c p
Figure 00000153
= ( ψ 1 _
Figure 00000004
+ ψ 2 _
Figure 00000154
+ ψ 3 _
Figure 00000140
+ ψ 4 _
Figure 00000141
)/4,
а) на входе рулевого привода (в случае установки в САУД режима автоматического управления движением корабля по глубине) формируется закон управления движением корабля по глубине вида (2):
d / d t _ δ з д = K 1 a ( h c p _ h з д _ ) + K 2 a d / d t h c p _ К 3 a δ ,   ( 2 )
Figure 00000155
,
где h cp _
Figure 00000156
- среднее значение оценки глубины, которое вводится на четвертый вход сумматора с выхода формирователя средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000157
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000158
,
h зд _
Figure 00000159
- заданное значение глубины,
d / d t h cp _
Figure 00000046
- производная от оценки среднего значения оценки глубины h cp _
Figure 00000156
,
δ - угол руля,
δзд - заданное значение угла руля,
К1a, 2а, 3а - постоянные коэффициенты регулирования,
б) на входе рулевого привода (в случае установки режима автоматического управления движением корабля по углу дифферента) формируется закон управления движением корабля по углу дифферента:
d/dt_ δ зд = K 1 ( ψ _ ср - ψ зд ) + K 2 d/dt ψ _ ср 3 δ ,   ( )
Figure 00000160
,
где ψ _ c p
Figure 00000161
- среднее значение оценки угла дифферента, которое вводится на четвертый вход сумматора с выхода формирователя средних значений оценок глубины h cp _
Figure 00000162
и средних значений оценок угла дифферента ψ _ c p
Figure 00000158
,
ψзд - заданное значение угла дифферента,
d / d t ψ _ с р
Figure 00000163
- производная от оценки среднего значения угла дифферента,
δ - угол руля,
δзд - заданное значение угла руля или d/dt_δзд,
K1, 2, 3. - постоянные коэффициенты регулирования,
если не все семь модулей разности удовлетворяют условиям (1), а некоторые удовлетворяют условию (3) и или (4):
|hi- h i _
Figure 00000027
| ≥ C1,
i -ψ i| ≥C2,
то в блоках диагностики h _ i _
Figure 00000164
и ψ _ i
Figure 00000165
, в которых модули разности удовлетворяют условиям (3) или (4), отключаются эти оценки h i _
Figure 00000027
, ψ _ i
Figure 00000165
от формирователя средних значений оценок глубины - h c p _
Figure 00000166
и угла дифферента - ψ _ c p
Figure 00000167
:
а) при сбое датчика глубины h1 в трех блоках диагностики: h1, ψ2, и ψ4 удовлетворяется условие (3), (4):
|h1- h 1| ≥ Ch, |ψ2-ψ 2| ≥Cψ, |ψ4 -ψ 4| ≥Cψ,
при этом в формирователе средних значений оценок глубины и угла дифферента будет:
h c p _
Figure 00000166
= 1/2 ( h 2 _
Figure 00000142
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000168
= 1/2 ( ψ 1 _
Figure 00000004
+ ψ 3 _
Figure 00000015
);
б) при сбое датчика глубины h2 удовлетворяются условия (3), (4) в трех блоках диагностики: h2, ψ2, и ψ3, при этом в формирователе средних значений оценок глубины и угла дифферента будет:
h c p _
Figure 00000166
= 1/2 ( h 1 _
Figure 00000016
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000169
= 1/2 ( ψ 1 _
Figure 00000004
+ ψ 4 _
Figure 00000141
),
в) при сбое датчика глубины h3 удовлетворяется условие (3), (4) в трех блоках диагностики: h3, ψ3, и ψ4, при этом в формирователе средних значений оценок глубины и угла дифферента будет:
h c p _
Figure 00000166
= 1/2 ( h 1 _
Figure 00000016
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000170
= 1/2 ( ψ 1 _
Figure 00000004
+ ψ 2 _
Figure 00000171
),
г) при сбое датчика угла дифферента ψ1 удовлетворяется условие (4) в блоке диагностики ψ1, при этом в формирователе средних значений оценок глубины и угла дифферента будет:
h c p _
Figure 00000166
= 1/3 ( h 1 _
Figure 00000016
+ h 2 _
Figure 00000142
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000172
= 1/3 ( ψ 2 _
Figure 00000173
+ ψ 3 _
Figure 00000015
+ ψ 4 _
Figure 00000141
).
A fail-safe control system for the movement of the ship, containing a differentiation unit, rudder sensor δ, depth sensor h 1 , trim angle sensor ψ 1 , steering gear, adjuster for depth h rear and trim angle ψ rear , adder, to the first input of which the steering wheel sensor δ is connected, the second input-output of the differentiation unit, the third input is the setter depth h rear and trim angle ψ rear , the adder output is connected to the input of the steering gear, the depth estimation filter h _ one
Figure 00000130
at the input of which a depth sensor h 1 and a rudder sensor δ are connected, a trim angle estimation filter ψ _ one
Figure 00000131
, the input of which is connected to the trim angle sensor ψ 1 and the rudder sensor δ, differs in that the following are entered into the system: depth sensor h 2 , depth sensor h 3 , depth estimation filter h 2 _
Figure 00000007
depth rating filter h 3 _
Figure 00000132
, trim angle estimation filter ψ 2 _
Figure 00000012
, trim angle estimation filter ψ 3 _
Figure 00000013
, trim angle estimation filter ψ four, _
Figure 00000133
, on the first input of each of the five filters: h 2 _
Figure 00000007
, h 3 _
Figure 00000132
, ψ 2 _
Figure 00000012
, ψ 3 _
Figure 00000015
, ψ four _
Figure 00000011
the rudder sensor output δ is connected, the depth sensor h 2 is connected to the second input of the depth estimation filter h 2 , the depth sensor h 3 is connected to the second input of the depth estimation filter h 3 , to the second and third inputs of the three trim angle estimation filters: 1) ψ 2 _
Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000013
, 3) ψ four _
Figure 00000011
the outputs of two depth sensors are connected respectively: 1) h 1 and h 2 , 2) h 2 and h 3 , 3) h 1 and h 3 ; depth estimator h _ c p
Figure 00000134
and trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000053
; seven diagnostic blocks: h one _
Figure 00000014
, h 2 _
Figure 00000007
, h 3 _
Figure 00000135
, ψ one _
Figure 00000004
, ψ 2 _
Figure 00000012
, ψ 3 _
Figure 00000015
, ψ four _
Figure 00000136
, to the first inputs of which are connected respectively: the output of the depth estimation filter h one _
Figure 00000014
depth filter output h 2 _
Figure 00000137
depth filter output h 3 _
Figure 00000138
, trim angle estimation filter output ψ one _
Figure 00000004
, trim angle estimation filter output ψ 2 _
Figure 00000139
, trim angle estimation filter output ψ 3 _
Figure 00000140
, trim angle estimation filter output ψ four _
Figure 00000141
; to the second input of four diagnostic blocks: 1) h one _
Figure 00000016
, 2) h 2 _
Figure 00000142
, 3) h 3 _
Figure 00000143
, four) ψ one _
Figure 00000144
Three depth sensors are connected respectively: 1) h 1 , 2) h 2 , 3) h 3 and the trim angle sensor 4) ψ 1 ; to the second and third inputs of three filters for assessing the angle of trim: 1) ψ 2 _
Figure 00000012
, 2) ψ 3 _
Figure 00000015
, 3) ψ four _
Figure 00000136
respectively connected: a) two depth sensors h 1 , h 2 , b) two depth sensors h 2 , h 3 , 3) two depth sensors h 3 , h 1 ; in seven diagnostic blocks, seven difference modules are formed:
| | | h one - h one _ | | |
Figure 00000018
, | | | h 2 - h 2 _ | | |
Figure 00000145
, | | | h 3 - h 3 _ | | |
Figure 00000020
, | | | ψ one - ψ one _ | | |
Figure 00000146
, | | | ψ 2 - ψ 2 _ | | |
Figure 00000022
, | | | ψ 3 - ψ 3 _ | | |
Figure 00000023
, | | | ψ four - ψ four _ | | |
Figure 00000024
;
if all seven difference modules satisfy the conditions:
| | | h i - h i _ | | | < C one
Figure 00000147
and | ψ i - ψ i | <C 2 ,
then estimates h i _
Figure 00000027
and ψ _ i
Figure 00000148
from appropriate depth filters h i _
Figure 00000027
and trim angle filters ψ _ i
Figure 00000149
, through the diagnostic blocks, they are connected to the block shaper of average values of depth estimates h _ c p
Figure 00000150
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000151
where the average values are calculated:
h _ c p
Figure 00000152
= ( h one _
Figure 00000016
+ h 2 _
Figure 00000142
+ h 3 _
Figure 00000143
) / 3 and ψ _ c p
Figure 00000153
= ( ψ one _
Figure 00000004
+ ψ 2 _
Figure 00000154
+ ψ 3 _
Figure 00000140
+ ψ four _
Figure 00000141
)/four,
a) at the entrance of the steering gear (in the case of setting the automatic control of the ship’s movement in depth in the automated control system), the law of controlling the ship’s movement in depth (2) is formed:
d / d t _ δ s d = K one a ( h c p _ - h s d _ ) + K 2 a d / d t h c p _ - TO 3 a δ , ( 2 )
Figure 00000155
,
Where h cp _
Figure 00000156
- the average value of the depth assessment, which is entered on the fourth input of the adder from the output of the shaper of the average values of the depth estimates h cp _
Figure 00000157
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000158
,
h healthy _
Figure 00000159
- set value of depth,
d / d t h cp _
Figure 00000046
- derivative of the estimate of the average value of the depth estimate h cp _
Figure 00000156
,
δ is the angle of the steering wheel,
δ rear - the specified value of the steering angle,
To 1a, 2a, 3a - constant regulation coefficients,
b) at the input of the steering gear (in the case of setting the automatic control of the ship’s movement along the trim angle), the law of controlling the ship’s motion along the trim angle is formed:
d / dt_ δ healthy = K one ( ψ _ wed - ψ healthy ) + K 2 d / dt ψ _ wed -TO 3 δ , ( 2a )
Figure 00000160
,
Where ψ _ c p
Figure 00000161
- the average value of the evaluation of the angle of the trim, which is introduced to the fourth input of the adder from the output of the shaper of the average values of the depth estimates h cp _
Figure 00000162
and average values of trim angle estimates ψ _ c p
Figure 00000158
,
ψ rear - the set value of the angle of the trim,
d / d t ψ _ from R
Figure 00000163
- the derivative of the average value of the angle of trim,
δ is the angle of the steering wheel,
δ zd - setpoint steering angle or d / dt_δ zd,
K 1, 2, 3. - constant regulation coefficients,
if not all seven difference modules satisfy conditions (1), and some satisfy condition (3) and or (4):
| h i - h i _
Figure 00000027
| | | ≥ C 1 ,
| ψ i - ψ i | ≥C 2 ,
then in the diagnostic blocks h _ i _
Figure 00000164
and ψ _ i
Figure 00000165
in which the difference modules satisfy conditions (3) or (4), these estimates are disabled h i _
Figure 00000027
, ψ _ i
Figure 00000165
from the shaper of average values of depth estimates - h c p _
Figure 00000166
and trim angle - ψ _ c p
Figure 00000167
:
a) when the depth sensor h 1 fails in three diagnostic blocks: h 1 , ψ 2 , and ψ 4, condition (3), (4) is satisfied:
| h 1 - h 1 | ≥ C h , | ψ 2 - ψ 2 | ≥Cψ, | ψ 4 - ψ 4 | ≥Cψ,
while in the shaper of the average values of the estimates of the depth and angle of the trim will be:
h c p _
Figure 00000166
= 1/2 ( h 2 _
Figure 00000142
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000168
= 1/2 ( ψ one _
Figure 00000004
+ ψ 3 _
Figure 00000015
);
b) when the depth sensor h 2 fails, conditions (3), (4) are satisfied in three diagnostic blocks: h 2 , ψ 2 , and ψ 3 , while in the average value shaper the estimates of the depth and trim angle will be:
h c p _
Figure 00000166
= 1/2 ( h one _
Figure 00000016
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000169
= 1/2 ( ψ one _
Figure 00000004
+ ψ four _
Figure 00000141
),
c) when the depth sensor h 3 fails, condition (3), (4) is satisfied in three diagnostic blocks: h 3 , ψ 3 , and ψ 4 , while in the average value shaper the estimates of the depth and trim angle will be:
h c p _
Figure 00000166
= 1/2 ( h one _
Figure 00000016
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000170
= 1/2 ( ψ one _
Figure 00000004
+ ψ 2 _
Figure 00000171
),
g) at failure of the sensor trim angle ψ 1 satisfy the condition (4) to the diagnosis unit ψ 1, wherein in the shaper averages depth estimates and the trim angle will be:
h c p _
Figure 00000166
= 1/3 ( h one _
Figure 00000016
+ h 2 _
Figure 00000142
+ h 3 _
Figure 00000143
), ψ _ c p
Figure 00000172
= 1/3 ( ψ 2 _
Figure 00000173
+ ψ 3 _
Figure 00000015
+ ψ four _
Figure 00000141
)
RU2013104316/11A 2013-02-04 2013-02-04 Fail-safe ship control system RU2536011C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013104316/11A RU2536011C2 (en) 2013-02-04 2013-02-04 Fail-safe ship control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013104316/11A RU2536011C2 (en) 2013-02-04 2013-02-04 Fail-safe ship control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013104316A RU2013104316A (en) 2014-08-10
RU2536011C2 true RU2536011C2 (en) 2014-12-20

Family

ID=51354911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013104316/11A RU2536011C2 (en) 2013-02-04 2013-02-04 Fail-safe ship control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536011C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927635A (en) * 1972-07-10 1975-12-23 Tokyo Keiki Kk Marine autopilot system
RU2223197C1 (en) * 2003-03-31 2004-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ship motion automatic control equipment
RU2432297C1 (en) * 2010-02-08 2011-10-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") Method of fault-tolerant automatic control of navigation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927635A (en) * 1972-07-10 1975-12-23 Tokyo Keiki Kk Marine autopilot system
RU2223197C1 (en) * 2003-03-31 2004-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ship motion automatic control equipment
RU2432297C1 (en) * 2010-02-08 2011-10-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") Method of fault-tolerant automatic control of navigation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013104316A (en) 2014-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8103462B2 (en) Oil consumption monitoring for aircraft engine
US11255676B2 (en) Sensor system for independently evaluating the integrity of the data of the sensor system
US9517780B2 (en) Apparatus for controlling speed in railway vehicles
EP3177499B1 (en) A method for estimating variables affecting the vehicle dynamics and corresponding virtual sensor
EP1643332A2 (en) Hybrid model based fault detection and isolation system
CN105823503B (en) GM is predicted based on improved grey model(1,1)Model Autonomous Underwater Vehicle sensor fault diagnosis method
WO2023071442A1 (en) Data processing method and apparatus
US20130245929A1 (en) Filtering method and filter device for sensor data
EP3638557A1 (en) Failure detection and response
US20210245893A1 (en) Method and system for monitoring a condition of a vtol-aircraft
Jeong et al. Vehicle sensor and actuator fault detection algorithm for automated vehicles
CN102862666A (en) Underwater robot state and parameter joint estimation method based on self-adaption unscented Kalman filtering (UKF)
US20170122770A1 (en) Method and system for providing dynamic error values of dynamic measured values in real time
RU2537080C1 (en) System for determining hydrodynamic coefficients of mathematical model of ship movement
EP3862737A1 (en) Model-based aircraft brake temperature estimation
Derbel Driving style assessment based on the GPS data and fuzzy inference systems
KR20200034021A (en) Apparatus and method for ensuring fail-safe function of autonomous traveling system
RU2536011C2 (en) Fail-safe ship control system
RU2564379C1 (en) Platformless inertial attitude-and-heading reference
EP2538176A2 (en) Motion-based adaptive frequency estimation of a doppler velocity sensor
CN111044053B (en) Navigation method and device of single-steering-wheel unmanned vehicle and single-steering-wheel unmanned vehicle
CN109343507A (en) A kind of fault detection and shielding system and method
RU2492105C1 (en) Method of ship control with compensation of disturbances
EP3710902B1 (en) Conversion between calibrated airspeed and true airspeed in trajectory modeling
RU2513157C1 (en) Method of flawless control of ship in depth

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150205

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160727

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190205