RU2553610C1

RU2553610C1 - Method of control over ship afloat

Info

Publication number: RU2553610C1
Application number: RU2014127403/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Юдин; Сергей Владимирович Пашенцев; Сергей Олегович Петров; Сергей Николаевич Холичев; Сергей Анатольевич Агарков
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: in compliance with this method, points are selected with the ship outline at midship line, fore and aft, for continuous measurement of coordinates relative to said point to high accuracy (±1 m). Departure of said points from preset of midship line position is continuously calculated. Said magnitudes are used to generate signals for separate elements or for the entire power helm unit by definite law. Note here that a certain coordinate system is used to vary its position and orientation on the plane with allowance for ship mobility and actual wind direction. Gain factors are selected specially for a particular ship and particular primary task of the sip.

EFFECT: higher efficiency and safety.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к управлению движущимся судном во время выполнения им ключевой судовой операции, например швартовной операции или динамического позиционирования, с соблюдением требований безопасности и эффективности ее осуществления и касается автоматического управления движительно-рулевым комплексом судна с использованием значений координат двух разнесенных по длине судна точек в заданной координатной системе, положение и ориентация которой на плоскости определяется энергетической эффективностью и безопасностью выполняемого маневрирования.The invention relates to the management of a moving vessel during the execution of a key ship operation, for example, mooring operations or dynamic positioning, in compliance with safety requirements and the effectiveness of its implementation, and for automatic control of the propulsion and steering complex of the vessel using the coordinates of two points spaced along the length of the vessel at a given coordinate system, the position and orientation of which on the plane is determined by energy efficiency and safety, direct maneuvering.

Известен способ управления движущимся судном по величине поперечных смещений двух разнесенных по длине судна точек, условно называемых носовой F и кормовой А, и условной точки С, расположенной в пределах корпуса судна в его диаметральной плоскости (ДП), текущее положение которой определяют исходя из текущих значений координат носовой F и кормовой А точек (Пат. РФ №2599030, опубл. 10.03.2014).A known method of controlling a moving vessel in terms of lateral displacements of two points spaced along the length of the vessel, conventionally called bow F and stern A, and conditional point C, located within the hull of the vessel in its diametrical plane (DP), the current position of which is determined based on current values the coordinates of the bow F and stern A points (Pat. RF No. 2599030, publ. 10.03.2014).

Способ заключается в том, что в пределах контура судна, в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-4), а другая к корме судна (точка А на фиг. 1-4) относительно плоскости мидель - шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением судна для удержания его на заданной линии положения диаметральной плоскости (ДП).The method consists in the fact that within the vessel’s contour, in its diametrical plane, two points are selected, one of which is located to the bow of the vessel (point F in Fig. 1-4) and the other to the stern of the vessel (point A in Fig. 1- 4) relative to the plane of the midship - frame. The distance between points F and A is selected depending on the technical feasibility of placing at these points receiving antennas of a satellite navigation system (SNA). The greater this distance, the better the operation of the ship’s motion control system to keep it on a given line of the position of the diametrical plane (DP).

Координаты этих точек определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.The coordinates of these points are determined continuously with high accuracy (± 1.0 m), this has become possible with the introduction of coastal stations in the SNA that calculate and transmit differential corrections to the vessel.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные смещения точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA) от заданной линии положения ДП. Причем поперечное смещение точки от заданной линии положения ДП считается положительным, если она смещается вправо и отрицательным, если она смещается влево (фиг. 1-4).The coordinate values allow you to continuously calculate the lateral displacements of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ) from a given line of position of the DP. Moreover, the lateral displacement of a point from a given line of position of the DP is considered positive if it is shifted to the right and negative if it is shifted to the left (Fig. 1-4).

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:The resulting lateral displacements generate a signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law:

где α₁, α₂ - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной линии положения ДП. Это положительные величины, причем α₁ больше α₂. Сигнал σ считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от заданной линии 2 положения ДП 3. Например, (фиг. 1, 2) ДП 3 судна 1 пересекает заданную линию 2 положения ДП 3 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA), причем d_xoF больше 0, d_xoA меньше 0 (фиг. 1) и d_xoF меньше 0, d_xoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d_xoF и d_xoA и в конечном итоге к выходу судна 1 на заданную линию 2 положения ДП 2; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d_xoF, d_xoA и к выходу судна на заданную линию 2 положения ДП.where α ₁ , α ₂ - gains along the transverse displacements of the bow and stern points of the vessel from a given line of position of the DP. These are positive values, with α ₁ greater than α ₂ . The signal σ is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. In FIG. 1-4 depict the main options for possible deviations of the vessel 1 from a given line 2 of the position of the DP 3. For example, (Fig. 1, 2) DP 3 of the vessel 1 intersects the specified line 2 of the position of the DP 3 at a certain angle, the value of which is characterized by the values of the transverse displacements of point F (d _xoF ) and points A (d _xoA ), with d _xoF greater than 0, d _xoA less than 0 (Fig. 1) and d _xoF less than 0, d _xoA greater than 0 (Fig. 2). In the first case (Fig. 1), according to law (1), the elements of the propulsion and steering complex will provide the vessel to rotate counterclockwise, which will lead to a decrease in d _xoF and d _xoA and ultimately to the exit of the vessel 1 to a given line 2 of the position of DP 2 ; in the second case (Fig. 2), the control signal will have a positive value and the propulsion-steering complex will provide the vessel to rotate clockwise, which will lead to a decrease in d _xoF , d _xoA and to the ship's exit to the predetermined line 2 of the DP position.

На фиг. 3, 4 ДП 3 судна 1 не пересекает заданную линию 2 положения ДП, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σ и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α₁ и α₂ (α₁ больше α₂, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы (фиг. 3, 4), α₁ и α₂ будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны (фиг. 1, 2). Соотношение значений коэффициентов α₁ и α₂ может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления движения судна от заданного линией положения ДП будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:In FIG. 3, 4 DP 3 of the vessel 1 does not intersect the given line 2 of the DP position, and the lateral displacements of points F, A have the same signs, positive in FIG. 3 and negative in FIG. 4. The sign σ and the corresponding direction of rotation of the vessel, provided by its propulsion and steering complex, depend on the ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ (α _{1 is} greater than α ₂ if the signs of the transverse displacements of points F and A are the same (Fig. 3, 4 ), α ₁ and α ₂ will be equal in magnitude if the signs of the transverse displacements of the points F and A. are opposite (Fig. 1, 2). The ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ can be chosen from various considerations. For example, if we assume that the deviation of the direction of movement of the vessel from the line set by the DP will be within ± 90 °, then the specified ratio will be determined by the expression:

,

где l - расстояние между точками F и А.where l is the distance between points F and A.

Для обеспечения вывода позиционирующего судна в заданную точку D, условием которого является совпадение положений точек C и D на плоскости, формируют дополнительный сигнал управления, по законуTo ensure the conclusion of the positioning vessel to a given point D, the condition of which is the coincidence of the positions of points C and D on the plane, an additional control signal is generated, according to the law

δS=k_Sd_S,δS = k _S d _S ,

где k_S - коэффициент усиления по продольному смещению условной точки D от линии, перпендикулярной заданной линии (условно линия L1) и проходящей через заданную точку C (условно линия L2), это положительная величина. Возможны два варианта отклонения точки C от линии L2, здесь же указаны знаки соответствующих отклонений d_S. Текущее положение точки C, расположенной в пределах корпуса судна в его ДП, определяют исходя из значений текущих координат носовой F и кормовой A точек. Однако при выполнении ряда ключевых судовых операций требуется периодическое изменение как положения заданной точки O (начало координатной системы X_oOY_o) на плоскости (фиг. 5), так и направление ДП судна (положительное направление оси OY_o). При этом положение точки O на плоскости определяется ее заданными координатами, а заданное направление оси OY_o заданной величиной угла поворота относительно направления на N (норд). Заданные координаты точки O и заданный угол поворота оси OY_o могут задаваться как вручную судоводителем, управляющим судном, так и автоматически по заданной программе плавания в процессе сложного маневрирования. Например, при выполнении динамического позиционирования заданный угол поворота оси OY_o определяется направлением ветра и волнения, имеющим переменный характер во времени, то есть ДП позиционирующего судна в целях минимизации энергетических затрат на приведение судна в заданное положение должно удерживаться носом на ветер, поэтому при изменении направления ветра, направление оси OY_o должно меняться. В ходе выполнения швартовной операции меняется не только заданное направление оси OY_o, но и заданное положение начала координатной системы X_oOY_o с целью минимизации энергетических затрат на выполнение швартовной операции и обеспечение ее безопасности. Таким образом, позиционирование судна в заданной точке сопряжено с периодическим изменением угла поворота его ДП в заданном направлении, а позиционирование судна на заданной траектории сопряжено с периодическим изменением положения заданной точки О и заданного направления оси OY_o. Способ управления движением судна, рассматриваемый в качестве прототипа (Пат. РФ №2509030, опубл. 10.03.2014), не обеспечивает в полной мере выполнение условий энергетической эффективности и безопасности при осуществлении позиционирования судна в заданной точке и на заданной траектории, так как не предусматривает возможные изменения положения заданной точки O и заданного направления оси OY_o, неизбежные при позиционировании как в заданной точке, так и на заданной траектории.where k _S is the gain along the longitudinal displacement of the conditional point D from the line perpendicular to the given line (conditionally line L1) and passing through the given point C (conditionally line L2), this is a positive value. There are two possible deviations of the point C from the line L2, the signs of the corresponding deviations d _S are also indicated here. The current position of point C, located within the hull of the vessel in its DP, is determined based on the values of the current coordinates of the bow F and stern A points. However, when performing a number of key ship operations, it is necessary to periodically change both the position of the given point O (the origin of the coordinate system X _o _{O o o} ) on the plane (Fig. 5) and the direction of the ship's vessel (positive direction of the OY _o axis). In this case, the position of the point O on the plane is determined by its given coordinates, and the given direction of the axis OY _{o by the} specified value of the angle of rotation relative to the direction to N (Nord). The specified coordinates of the point O and the given angle of rotation of the axis OY _o can be set either manually by the skipper who controls the vessel, or automatically according to a predetermined sailing program during complex maneuvering. For example, when performing dynamic positioning, the specified angle of rotation of the OY _o axis is determined by the direction of the wind and the waves, which are variable in time, that is, the DP of the positioning vessel must be held forward in order to minimize the energy costs of bringing the vessel to a predetermined position, therefore, when changing direction wind, the direction of the axis OY _o should change. During the mooring operation, not only the specified direction of the OY _o axis is changed, but also the specified position of the origin of the coordinate system X _o OY _o in order to minimize energy costs for performing the mooring operation and ensure its safety. Thus, the positioning of the vessel at a given point is associated with a periodic change in the angle of rotation of its DP in a given direction, and the positioning of the vessel on a given path is associated with a periodic change in the position of a given point O and a given direction of the axis OY _o . The method of controlling the movement of the vessel, considered as a prototype (Pat. RF No. 2509030, publ. 03/10/2014), does not fully meet the conditions of energy efficiency and safety when positioning the vessel at a given point and on a given trajectory, as it does not provide possible changes in the position of a given point O and a given direction of the axis OY _o , inevitable when positioning both at a given point and on a given path.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в приведении судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории с соблюдением условия периодического изменения заданного положения, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.The technical result to which the claimed invention is directed is to bring the vessel to a predetermined position on the plane while holding the vessel in a predetermined position or moving the vessel along a predetermined path, subject to the conditions for periodically changing a predetermined position, based on energy efficiency and safety requirements of a key ship operations.

Для достижения указанного технического результата в способе управления движущимся судном, когда в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая к корме судна (точка A на фиг. 1-5) относительно плоскости мидель - шпангоута. Расстояние между точками F и A выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления положением судна относительно заданной линии положения ДП.To achieve the specified technical result in the method of controlling a moving vessel, when two points are selected within the vessel’s contour in its diametrical plane, one of which is located at the bow of the vessel (point F in Fig. 1-5) and the other at the stern of the vessel (point A in Fig. 1-5) relative to the plane of the midsection - frame. The distance between the points F and A is selected depending on the technical feasibility of placing at these points the receiving antennas of the satellite navigation system (SNA). The greater this distance, the better the operation of the vessel position control system relative to a given line of the DP position.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные смещения точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA) от заданной линии положения ДП. Причем поперечное смещение точки от заданной линии положения ДП считается положительным, если она смещается вправо, и отрицательным, если она смещается влево (фиг. 1-5).The coordinate values allow you to continuously calculate the lateral displacements of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ) from a given line of position of the DP. Moreover, the transverse displacement of a point from a given line of position of the DP is considered positive if it is shifted to the right, and negative if it is shifted to the left (Fig. 1-5).

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна, по закону:The resulting lateral displacements generate a signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel, according to the law:

σ=α₁×d_xoF+α₂×d_xoA,σ = α ₁ × d _xoF + α ₂ × d _xoA ,

где α₁, α₂ - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной линии положения ДП. Это положительные величины, причем α₁ больше α₂. Сигнал σ считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от заданной линии 2 положения ДП 3. Например, (фиг. 1, 2) ДП 3 судна 1 пересекает заданную линию 2 положения ДП 3 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA), причем d_xoF больше 0, d_xoA меньше 0 (фиг. 1) и d_xoF меньше 0, d_xoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1.) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна 1 против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d_xoF и d_xoA и в конечном итоге к выходу судна 1 на заданную линию 2 положения ДП; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d_xoF, d_xoA и к выходу судна 1 на заданную линию 2 положения ДП.where α ₁ , α ₂ - gains along the transverse displacements of the bow and stern points of the vessel from a given line of position of the DP. These are positive values, with α ₁ greater than α ₂ . The signal σ is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. In FIG. 1-4 depict the main options for possible deviations of the vessel 1 from a given line 2 of the position of the DP 3. For example, (Fig. 1, 2) DP 3 of the vessel 1 intersects the specified line 2 of the position of the DP 3 at a certain angle, the value of which is characterized by the values of the transverse displacements of point F (d _xoF ) and points A (d _xoA ), with d _xoF greater than 0, d _xoA less than 0 (Fig. 1) and d _xoF less than 0, d _xoA greater than 0 (Fig. 2). In the first case (Fig. 1.), according to the law (1), the elements of the propulsion and steering complex will ensure the rotation of the vessel 1 counterclockwise, which will lead to a decrease in d _xoF and d _xoA and ultimately to the exit of the vessel 1 to a given position line 2 DP; in the second case (Fig. 2), the control signal will have a positive value and the propulsion-steering complex will provide the vessel to rotate clockwise, which will lead to a decrease in d _xoF , d _xoA and to the exit of the vessel 1 to a given line 2 of the DP position.

На фиг. 3, 4 ДП 3 судна 1 не пересекает заданную линию 2 положения ДП 3, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные (фиг. 3) и отрицательные (фиг. 4). Знак σ и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α₁ и α₂ (α₁ больше α₂, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы (фиг. 3, 4); α₁ и α₂ будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны (фиг. 1, 2).In FIG. 3, 4, DP 3 of vessel 1 does not intersect a given line 2 of the position of DP 3, and the lateral displacements of points F, A have the same signs, positive (Fig. 3) and negative (Fig. 4). The sign σ and the corresponding direction of rotation of the vessel, provided by its propulsion and steering complex, depend on the ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ (α _{1 is} greater than α ₂ if the signs of the transverse displacements of points F and A are the same (Figs. 3, 4); α ₁ and α ₂ will be equal in magnitude if the signs of the transverse displacements of the points F and A are opposite (Fig. 1, 2).

В прототипе для обеспечения вывода позиционирующего судна 1 в заданную точку D, условием которого является совпадение положений точек С и D на плоскости, формируют дополнительный сигнал управления, по законуIn the prototype, to ensure the output of the positioning vessel 1 to a given point D, the condition of which is the coincidence of the positions of points C and D on the plane, an additional control signal is generated, according to the law

δS=k_Sd_S,δS = k _S d _S ,

где k_S - коэффициент усиления по продольному смещению условной точки D от линии, перпендикулярной заданной линии (условно линия L1) и проходящей через заданную точку C (условно линия L2), это положительная величина. На Фиг. 5 показаны два возможных варианта отклонения точки C от линии L2, здесь же указаны знаки соответствующих отклонений d_S. Текущее положение точки C, расположенной в пределах корпуса судна в его ДП, определяют исходя из значений текущих координат носовой F и кормовой А точек.where k _S is the gain along the longitudinal displacement of the conditional point D from the line perpendicular to the given line (conditionally line L1) and passing through the given point C (conditionally line L2), this is a positive value. In FIG. 5 shows two possible options for the deviation of point C from line L2, the signs of the corresponding deviations d _S are also shown here. The current position of point C, located within the hull of the vessel in its DP, is determined based on the values of the current coordinates of the bow F and stern A points.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие:Distinctive features of the proposed method from the above known, closest to it, are the following:

- для обеспечения вывода и удержания управляемого судна в заданном положении, когда ДП судна совпадает с положительным направлением оси OY_o, а условная точка судна G совпадает с положением точки О на поверхности Земли, формируют два сигнала управления:- to ensure the withdrawal and retention of the guided vessel in a predetermined position, when the ship's DP coincides with the positive direction of the axis OY _o , and the conditional point of the vessel G coincides with the position of point O on the Earth's surface, two control signals are generated:

где d_xoF, d_yoF - отклонения носовой точки судна от оси OY_o и ОХ_o соответственно (фиг. 5); d_xoA, d_yoA - отклонения кормовой точки судна от оси OY_o и ОХ_o соответственно; знаки отклонений d_xoF, d_yoF и d_xoA, d_yoA определяют с учетом места расположения соответствующей точки (F или А) в координатной системе X_oOY_o; α₁, α₂, β₁, β₂ - коэффициенты усиления, подбираемые специально для конкретного судна и конкретной судовой ключевой операции с целью повышения качества управления при ее выполнении; значения коэффициентов α₁, α₂, β₁, β₂ могут быть определены компьютерным моделированием конкретной судовой ключевой операции, например, α₁=-1,1; α₂=0,9; β₁=-1,0; β₂=-1,0. Сигнал σ_y считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. Сигнал σ_х считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом;where d _xoF , d _yoF are the deviations of the bow of the vessel from the axis OY _o and OX _o, respectively (Fig. 5); d _xoA , d _yoA - deviations of the stern point of the vessel from the axis OY _o and ОХ _o, respectively; signs of deviations d _xoF , d _yoF and d _xoA , d _{yoA are} determined taking into account the location of the corresponding point (F or A) in the coordinate system X _o OY _o ; α ₁ , α ₂ , β ₁ , β ₂ - gain factors selected specifically for a particular vessel and a specific ship key operation in order to improve the quality of control during its implementation; the values of the coefficients α ₁ , α ₂ , β ₁ , β ₂ can be determined by computer simulation of a specific ship key operation, for example, α ₁ = -1.1; α ₂ = 0.9; β ₁ = -1.0; β ₂ = -1.0. The signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. The signal σ _x is considered positive when the ship is in forward motion and negative when the ship is in reverse;

- дополнительно формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (φ_от, λ_от) и заданных (φ_оз, λ_оз) координат точки О, сигнал на изменение положения начала координатной системы X_oOY_o(σ_o):- additionally form manually or automatically, taking into account the values of the current (φ _from , λ _from ) and given (φ _oz , λ _oz ) coordinates of point O, a signal to change the position of the origin of the coordinate system X _o OY _o (σ _o ):

σ_o=χ₁×(φ_оз-φ_от)+χ₂×(λ_оз-λ_от),σ _o = χ ₁ × (φ _oz -φ _from ) + χ ₂ × (λ _oz -λ _from ),

где φ_от, λ_от - текущие значения широты и долготы точки О соответственно; φ_оз, λ_оз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно; χ₁, χ₂ - коэффициенты усиления.where φ _from , λ _from are the current latitude and longitude of point O, respectively; φ _oz , λ _oz - given values of latitude and longitude of point O, respectively; χ ₁ , χ ₂ - gain.

Формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OY_o относительно направления на N с учетом значений текущего Ψ_т и заданного Ψ_з угла поворота:Form a manual or automatic signal to change the angle of the rotation axis OY _o with respect to the direction N considering the current values Ψ _t and Ψ predetermined angle _of rotation:

σ_Ψ=γ×(Ψ_з-Ψ_т),σ _Ψ = γ × (Ψ _s -Ψ _t ),

где γ - коэффициент усиления.where γ is the gain.

При этом значения заданных координат (φ_оз, λ_оз) начала координатной системы X_oOY_o определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например, при выполнении швартовной операции.In this case, the values of the given coordinates (φ _oz , λ _oz ) of the origin of the coordinate system X _o OY _{o are} determined on the basis of the given position of the vessel on the given trajectory of maneuvering, for example, when performing a mooring operation.

Значение заданного направления оси OY_o определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна. В частности, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования.The value of the specified direction of the axis OY _o is determined based on the safety and energy efficiency of the motion control of the vessel. In particular, when positioning the vessel at a given point, the indicated direction is determined taking into account the current value of the wind direction in the positioning area.

Таким образом, меняется положение и ориентация координатной системы X_oOY_o на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции.Thus, the position and orientation of the coordinate system X _o OY _o on the plane changes, taking into account the peculiarities of the maneuvering of the vessel when performing a specific key ship operation.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.The proposed method is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-5.

Предлагаемый способ управления движущимся судном для приведения его в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движении судна по заданной траектории с соблюдением условия периодического изменения заданного положения, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции осуществляется следующим способом:The proposed method of controlling a moving vessel to bring it to a predetermined position on the plane while holding the vessel in a predetermined position or moving the vessel along a predetermined path, subject to the conditions for periodically changing a predetermined position, based on energy efficiency and safety requirements for a key ship operation, is carried out in the following way:

в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая к корме судна (точка A на фиг. 1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OY_o.within the contour of the vessel in its diametrical plane, two points are selected, one of which is located to the bow of the vessel (point F in Fig. 1-5), and the other to the stern of the vessel (point A in Fig. 1-5) relative to the plane of the midship frame . The distance between points F and A is selected depending on the technical feasibility of placing at these points receiving antennas of a satellite navigation system (SNA). The greater this distance, the better the operation of the motion control system of the positioning vessel relative to the axis OY _o .

Координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.The coordinates of points F and A are determined continuously with high accuracy (± 1.0 m), this became possible with the introduction of coastal stations calculating and transmitting differential corrections to the vessel.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA) от оси OY_o и продольные отклонения точки F(d_yoF) и точки A (d_yoA) от оси ОХ_o. Знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы X_oOY_o, в котором находятся точки F и А.The coordinate values allow us to continuously calculate the lateral deviations of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ) from the axis OY _o and the longitudinal deviations of the point F (d _yoF ) and point A (d _yoA ) from the axis OX _o . The signs of these deviations depend on the octant of the Cartesian coordinate system X _o OY _o , in which the points F and A.

Возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:The resulting lateral deviations generate a control signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law:

σ_y=α₁×d_xoF+α₂d_xoA,σ _y = α ₁ × d _xoF + α ₂ d _xoA ,

где α₁, α₂ - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OY_o. Сигнал σ_y считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от оси OY_o 2. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна 1 пересекает ось OY_o 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (d_xoF) и точки А (d_хоA), причем d_xoF больше 0, d_xoA меньше 0 (фиг. 1) и d_xoF меньше 0, d_xoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d_xoF и d_xoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OY_o; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d_xoF, d_xoA и к совпадению ДП судна и оси OY_o.where α ₁ , α ₂ are the gains along the transverse deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OY _o . The signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. In FIG. 1-4 depict the main options for possible deviations of the vessel 1 from the axis OY _o 2. For example, in FIG. 1, 2 DP vessel 1 crosses the axis OY _o 2 at a certain angle, the value of which is characterized by the values of the lateral displacements of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ), with d _xoF greater than 0, d _xoA less than 0 (Fig. 1) and d _{xoF is} less than 0, d _{xoA is} greater than 0 (Fig. 2). In the first case (Fig. 1), according to the law (1), the elements of the propulsion and steering complex will provide the vessel to rotate counterclockwise, which will lead to a decrease in d _xoF and d _xoA and, ultimately, in coincidence of the ship's DP and axis OY _o ; in the second case (Fig. 2), the control signal will have a positive value and the propulsion-steering complex will ensure the rotation of the vessel clockwise, which will lead to a decrease in d _xoF , d _xoA and to coincide the ship's DP and axis OY _o .

На фиг. 3, 4 ДП 3 судна 1 не пересекает линию OY_o 2, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σ_у и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α₁ и α₂ (α₁ больше α₂, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы, фиг. 3, 4; α₁ и α₂ будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, фиг. 1, 2). Соотношение значений коэффициентов α₁ и α₂ может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления ДП 3 судна 1 от линии OY_o будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:In FIG. 3, 4 DP 3 of the vessel 1 does not cross the line OY _o 2, and the lateral displacements of points F, A have the same signs, positive in FIG. 3 and negative in FIG. 4. The sign σ _y and the corresponding direction of rotation of the vessel, provided by its propulsion and steering complex, depend on the ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ (α _{1 is} greater than α ₂ if the signs of the transverse displacements of points F and A are the same, Fig. 3, 4; α ₁ and α ₂ will be equal in magnitude if the signs of the transverse displacements of the points F and A are opposite, Fig. 1, 2). The ratio of the values of the coefficients α ₁ and α ₂ can be selected from various considerations. For example, if we assume that the deviation of the direction of the DP 3 of vessel 1 from the line OY _o will be within ± 90 °, then this ratio will be determined by the expression:

Возникающие продольные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:The resulting longitudinal deviations generate a control signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law:

σ_х=β₁×d_yoF+β₂d_yoA σ _x = β ₁ × d _yoF + β ₂ d _yoA

где β₁, β₂ - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси ОХ_o. Сигнал σ_х считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом. При этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условияwhere β ₁ , β ₂ are the gains along the longitudinal deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OX _o . The signal σ _x is considered positive when the ship is in forward motion and negative when the ship is in reverse. In this case, the withdrawal of the conditional point G to the specified point O in the process of performing a key ship operation will be provided based on the condition

Формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (φ_от, λ_от) и заданных (φ_оз, λ_оз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы X_oOY_o (σ_o):Manually or automatically _form taking into account the values of the current (φ _from , λ _from ) and given (φ _oz , λ _oz ) coordinates of point O, a signal to change the position of the origin of the coordinate system X _o OY _o (σ _o ):

σ_о=χ₁×(φ_оз-φ_от)+χ₂×(λ_оз-λ_от),σ _about = χ ₁ × (φ _oz -φ _from ) + χ ₂ × (λ _oz -λ _from ),

σ_Ψ=γ×(Ψ_з-Ψ_т),σ _Ψ = γ × (Ψ _s -Ψ _t ),

где γ - коэффициент усиления.where γ is the gain.

При этом значения заданных координат (φ_оз, λ_оз) начала координатной системы X_oOY_o определяют исходя из заданного положения судна 1 на заданной траектории маневрирования, например, при выполнении швартовной операции.In this case, the values of the given coordinates (φ _oz , λ _oz ) of the coordinate system X _o OY _{o are} determined based on the given position of the vessel 1 on a given trajectory of maneuvering, for example, when performing a mooring operation.

В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - обеспечение приведения судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории с соблюдением условия периодического изменения заданного положения, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, например швартовной операции или позиционирования в заданной точке.As a result of the application of this invention, it is possible to obtain a technical result — ensuring that the vessel is brought to a predetermined position on the plane when the vessel is held in a predetermined position or the vessel moves along a predetermined path in compliance with the conditions for periodically changing a predetermined position based on energy efficiency and safety requirements for a key ship operations, such as mooring operations or positioning at a given point.

Claims

1. A control method for a moving vessel, characterized in that two points are selected within the vessel’s contour in its diametrical plane (DP), one of which is point F to the bow of the vessel and the other to the stern of the vessel, point A relative to the midship frame plane, coordinates these points are determined continuously with high accuracy (± 1.0 m), the coordinate values are used to continuously calculate the lateral displacements of the point F (d _xoF ) and the point A (d _xoA ) from the given position line of the DP, based on the resulting transverse displacements, they generate a signal for ra bots of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law:
σ = α ₁ × d _xoF + α ₂ × d _xoA ,
where α ₁ , α ₂ are the gains along the transverse displacements of the bow and stern points of the vessel from a given line of the DP position, these are positive values, and α _{1 is} greater than α ₂ , use the coordinate system X _o OY _o , change its position and orientation on the plane with taking into account the peculiarities of the maneuvering of the vessel when performing a specific key ship operation, to ensure the withdrawal and retention of the steered vessel in a predetermined position, when the ship's drift coincides with the positive direction of the axis OY _o , and the conditional point of the ship G coincides with the position of the given point O, the beginning of the coordinate system X _o OY _o , on the Earth's surface, two control signals are formed:
σ _y = α ₁ × d _xoF + α ₂ d _xoA ;
σ _x = β ₁ × d _yoF + β ₂ d _yoA ,
where d _xoF , d _yoF are the deviations of the bow of the vessel from the axis OY _o and ОХ _o, respectively, d _xoA , d _yoA are the deviations of the stern of the ship from the axis OY _o and О _о respectively; the deviation signs d _xoF , d _yoF and d _xoA , d _{yoA are} determined taking into account the location of the corresponding point (F or A) in the coordinate system X _o OY _o , additionally form manually or automatically taking into account the current values (φ _from , λ _from ) and given (φ _oz , λ _oz ) coordinates of the point O signal to change the position of the origin of the coordinate system X _o OY _o (σ _o ):
σ _about = χ ₁ × (φ _oz -φ _from ) + χ ₂ × (λ _oz -λ _from ),
where φ _from , λ _from are the current latitude and longitude of point O, respectively; φ _oz , λ _oz - given values of latitude and longitude of point O, respectively; χ ₁ , χ ₂ - gain, form a signal manually or automatically to change the angle of rotation of the axis OY _o relative to the direction to N (north), taking into account the values of the current Ψ _t and the given Ψ _з rotation angle:
σ _{Ψ =} γ × (Ψ _s -Ψ _t ),
where γ is the gain, while the values of the given coordinates φ _oz , λ _{oz of the} origin of the coordinate system X _o OY _{o are} determined based on the given position of the vessel on a given trajectory of maneuvering, for example, when performing a mooring operation.

2. The method according to p. 1, characterized in that the value of the specified direction of the axis OY _o is determined based on the safety and energy efficiency of controlling the movement of the vessel, in particular when positioning the vessel at a given point, this direction is determined taking into account the current value of the wind direction in the positioning area.

3. The method according to p. 1, characterized in that the amplification factors α ₁ , α ₂ , β ₁ , β _{2 are} selected specifically for a particular vessel and a specific ship key operation in order to improve the quality of control during its implementation, while the values of the coefficients α ₁ , α ₂ , β ₁ , β ₂ can be determined by computer simulation of a specific ship key operation, for example, α ₁ = -1.1; α ₂ = 0.9; β ₁ = -1.0; β ₂ = -1.0.

4. The method according to p. 1, characterized in that the signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise, the signal σ _x is considered positive when the vessel moves forward and negative when the vessel moves in reverse.