SU1147636A1 - Устройство дл управлени бортовыми рул ми успокоител качки судна - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМИ РУЛЯМИ УСПОКОИТЕЛЯ КАЧКИ СУДНА, содержащее формирователь сигнала управлени  и усилитель с ограничением, первый вход которого соединен с выходом множительного устройства, один вход которого соединен с выходом функционального преобразовател , а другой вход - с выходом выпр мител , вход которого св зан с выходом датчика положительной обратной св зи, при этом выход усилител  с ограничением св зан с входами след щих приводов поворота бортовых рулей, один из которых кинематически св зан с упом нутым датчиком положительной обратной св зи, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности путем обеспечени  контрол  работы и технического диагностировани , оно снаб- Гп J( датчику скоро жено двум  датчиками обратной св зи, ключом, трем  коммутирующими элементами , генератором тестового сигнала, блоком п ти фильтров Лагерра, фильтром низких частот, вычислительным устройством , и устройством регистрации, причем выход первого коммутирующего элемента соединен с вторым входом выщеуказанного усилител  с ограничением, первый вход - с выходом вышеуказанного формировател  сигнала управлени , а второй вход через фильтр низких частот - с выходом генератора тестового сигнала, св занного одновременно с входом блока п ти фильтров Лаггера, каждый из п ти выходов которого соединен через второй коммутирующий элемент с первым входом вычислительного устройства, к второму входу которого подключен выход третьего коммутирующего элемента, входы которого соединены с выходами датчиков обратной св зи, кинематически св занными со след щими приводами поворота бортовых рулей, при этом выход вычислительного устройства соединен с входом устройства регистрации, а выход датчика положительной обратной св зи соединен с входом выпр мител  через ключ.   Т ода 8

Description

Изобретение относитс  к судостроению, в частности к устройствам дл  управлени  бортовыми рул ми успокоител  качки судна.

Известно устройство дл  управлени  бортовыми рул ми успокоител  качки судна, содержащее формирователь сигнала управлени  и усилитель с ограничением, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразовател , а другой вход - с выходом выпр мител , вход которого св зан с выходом датчика положительной обратной св зи, при этом выход усилител  с ограничением св зан с входами след щих приводов поворота бортовых рулей , один из которых кинематически св зан с упом нутым датчиком положительной обратной св зи.

Недостатком данного устройства  вл етс  зависимость показател  кратности умерени  качки от внещних факторов: волнового возмущени  и динамических характеристик судна. То и другое измен етс  в щироких пределах, что затрудн ет прин тие решени  о действительном техническом состо нии успокоител .

Цель изобретени  - повышение эксплуатационной надежности устройства путем обеспечени  контрол  работы и технического диагностировани .

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  управлени  бортовыми рул ми успокоител  качки судна, содержащее формирователь сигнала управлени  и усилитель с ограничением, первый вход которого соединен с выходом множительного устройства, один вход которого соединен с выходом функционального преобразовател , а другой вход - с выходом выпр мител , вход которого св зан с выходом датчика положительной обратной св зи, при этом выход усилител  с ограничением св зан с входами след щих приводов поворота бортовых рулей, один из которых кинематически св зан с упом нутым датчиком положительной обратной св зи, снабжено двум  датчиками обратной св зи, ключом, трем  коммутирующими элементами, генератором тестового сигнала, блоком п ти фильтров Лагерра, фильтром низких частот, вычислительным устройством и устройством регистрации, причем выход первого коммутирующего элемента соединен с вторым входом вышеуказанного усилител  с ограничением, первый вход - с выходом выщеуказанного формировател  сигнала управлени , а второй вход через фильтр низких частот - с выходом генератора тестового сигнала, св занного одновременно с входом блока п ти фильтров Лаггера, каждый из п ти выходов которого соединен через второй коммутирующий элемент с первым входом вычислительного устройства, к второму входу которого подключен выход третьего коммутирующего элемента, входы которого соединены с выходами датчиков обратной св зи, кинематически св занными со след щими приводами поворота бортовых рулей, при 5 этом выход вычислительного устройства соединен с входом устройства регистрации, а выход датчика положительной обратной св зи соединен с входом выпр мител  через ключ.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл  управлени  бортовыми рул ми успокоител  качки судна; на фиг. 2 - блоксхема формировател  сигнала управлени , на фиг. 3 - блок-схема фильтра низких

5 частот; на фиг. 4 - блок-схема блока п ти фильтров Лагерра; на фиг. 5 - блок-схема вычислительного устройства; на фиг. 6 - блок-схема усилител  с ограничением; на фиг. 7 - блок-схема множительного устройства; на фиг. 8 - блок-схема функционального преобразовател  и графики выходногосигнала и напр жени .

Устройство (фиг. 1) содержит формирователь 1 сигнала управлени , выход которого соединен с первым входом первого коммутирующего элемента 2, второй вход которого через фильтр 3 низких частот соединен с выходом генератора 4 тестового сигнала , св занного одновременно с входом блока 5 п ти фильтров Лагерра, каждый из п ти выходов которого соединен с соответQ ствующим входом второго коммутирующего элемента 6, выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 7, второй вход которого через третий коммутирующий элемент 8 соединен с дополнительными датчиками 9 обратной св зи, а

выход - с входом устройства 10 регистрации . Второй вход усилител  11 с ограничением соединен с выходом первого коммутирующего элемента 2, а первый вход - с выходом множительного устройства 12, один вход которого соединен с выходом функционального преобразовател  13, а другой вход через последовательно соединенные выпр митель 14 и ключ 15 подключен к выходу датчика 16 положительной обратной св зи. Выход усилител  11 с ограничением соединен с входами след щих приводов 17 по5 ворота бортовых рулей, с которыми кинематически св заны дополнительные датчики 9 обратной св зи и датчик 16 положительной обратной св зи. К входу функционального преобразовател  13 подключен

0 датчик скорости хода (не показан).

Формирователь 1 сигнала управлени  (фиг. 2) содержит, например, датчик 18 угловой скорости качки, масштабные резисторы 19, 20 и 21, а также дифференцирующий , интегрирующий и суммирующий операционные усилители 22, 23 и 24, причем датчик 18 угловой скорости качки подключен к одному из входов суммирующего усилител  24 через масштабный резистор 20, к второму входу - через последовательно соединенные дифференцирующий усилитель 22 и второй масштабный резистор 19, а к третьему входу - через последовательно соединенные интегрирующий усилитель 23 и третий масщтабный резистор 21. Выход суммирующего усилител  24  вл етс  выходом формировател  1 сигнала управлени . Коммутирующие элементы 2, 6 и 8 могут быть выполнены в виде переключателей. Фильтр 3 низких частот (фиг. 3) может быть выполнен, например, из двух последовательно соединенных операционных усилителей 25 и 26, охваченных обратными св з ми в виде соответственно параллельного соединени  резистора27 или 28 и конденсатора 29 или 30 кажда . Генератор 4 выполнен на 11-разр дном регистре сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной св зи, причем второй вход сумматора по модулю два подключен к выходу 9-го триггера. блок 5 представл ет собой (фиг. 4) цепочку из п ти последовательно соединенных операционных усилителей 31-35, имеющих передаточную функцию фильтров Лаггера. Выходы каждого усилител  31-35  вл ютс  соответствующими выходами блока 5. Вычислительное устройство 7 может быть выполнено (фиг. 5) на двух множительных устройствах 36 и 37, двух интеграторах 38 и 39, устройстве 40 делени , причем первый . вычислительного устройства 7  вл етс  одновременно первым и вторым входом первого множительного устройства 36, а также вторым входом второго множительного устройства 37. Первый вход второго множительного устройства 37  вл етс  вторым входом вычислительного устройства. Выход каждого множительного устройства через соответствующий интегратор - операционный усилитель с конденсатором в цепи обратной св зи - подключен соответственна к первому и второму входам устройства 40 делени , выход которого  вл етс  выходом вычислительного устройства 7. Дополнительные датчики 9 обратной св зи состо т, например, из последовательно соединенных вращающихс  трансформаторов и фазочувствительных выпр мителей. Датчик 16 положительной обратной св зи - вращающийс  трансформатор. Устройство 10 регистрации - изме})и-. тельный прибор, например цифровой вольтметр . Усилитель 11с ограничением (фиг. 6) может быть выполнен на операционном усилителе 41, к выходу которого подключены одновременно два регулируемых резистора 42 и 43, вторые концы которых подключены к источнику 44 опорного напр жени  разного знака, а движки через диоды 45 и 46 подключены к суммирующей точке операционного усилител  41, причем направление включени  диодов противоположно пол рности соответствующего опорного напр жени . Множительное устройство 12 (фиг. 7) может быть выполнено на инверторах 47 и 48, сумматорах 49-53, диодах 54-57, квадраторах 58 и 59. Причем первый вход множительного устройства 12 подключен к входу инвертора 47 и первым входам сумматоров 50 и 52, а второй вход - к входу инвертора 48 и вторым входам сумматоров 49 и 52. Выход инвертора 47 соединен с первыми входами сумматоров 49 и 51. Выход инвертора 48 соединен с вторыми входами сумматоров 50 и 51. Первый и второй входы квадратора 58 через диоды 54 и 55 соединены с выходами сумматоров 49 и 50, а первый и второй входы квадратора 59 - через диоды 56 и 57 с выходами сумматоров 51 и 52. Первый и второй входы сумматора 53 соединены с выходами квадраторов 58 и 59, а его выход  вл етс  выходом множительного устройства 12. Функциональный преобразователь 13 (фиг. 8) может быть построен в виде последовательного соединени  операционных усилителей 60 и 61, вторые входы которых соответственно через резисторы 62 или 63 и регулируемые резисторы 64 или 65 подключены к источникам опорного напр жени  противоположной пол рности. Третий вход усилител  60, который соединен с первым входом усилител  61, через параллельное соединение диодов 66 и 68 противоположного включени  св зан с его выходом. Третий вход усилител  61,  вл ющийс  выходом функционального преобразовател  13, через параллельное соединение диодов 67 и 69 противоположного включени  св зан с его выходом. Устройство работает следующим образом . При работе успокоител  качки управление след щими приводами 17 поворота бортовых рулей осуществл етс  по сигналам, вырабатываемым формирователем 1 сигнала управлени  и датчиком 16 положительной обратной св зи, причем эти сигналы корректируютс  в зависимости от скорости хода функциональным преобразователем 13 и блоком 12 умножени . В операционном усилителе 11 осуществл етс  суммирование и ограничение сигналов управлени . При наличии внешних возмущений (волнение , ветер) на выходе формировател  I по вл етс  управл ющий сигнал, корректируемый в зависимости от скорости хода и угла перекладки бортовых рулей. Этот сигнал отрабатываетс  след щими приводами 17, бортовые рули перекладываютс , и качка уменьшаетс . Дл  осуществлени  контрол  и проведени  технического диагностировани  успокоител  качки вход усилител  11 отключаетс  первым коммутирующим элементом 2 от выхода формировател  1 и соедин етс  с выходом фильтра 3, выход дополнительного датчика 9 контролируемого привода подключен к второму входу вычислительного устройства 7.

С выхода генератора 4 на вход фильтра 3 и вход блока 5 поступает тестовый сигнал - инверсно повтор юща с  псевдослучайна  последовательность максимальной длины отрицательна . Указанный пробный сигнал отвечает следующим требовани м: некоррелированность с остальными воздействи ми на успокоитель качки, ортогональность с системой функций Лагерра. После отработки след щим приводом тестового сигнала на выходе вычислительного устройства 7 сигнал пропорционален первому коэффициенту Фурье разложени  импульсной передаточной функции (ИПФ) статистически линеаризованной модели системы успокоитель качки - фильтр низких частот .

Коэффициенты Фурье вычисл ютс  устройством 7 по формуле

Г -JlrClCOiYnJ-lL

- )}

где MT{ }- математическое ожидание функции , заключенной в скобках; y(t) -сигнал с выхода дополнительного датчика 9;

Vn(i) -сигнал с п-го выхода блока 5. Остальные коэффициенты разложени  импульсной передаточной функции в ортогональный р д вычисл ютс  аналогично при подключении коммутирующим элементом 2 соответствующего выхода блока 5 к первому входу вычислительного устройства 7. Устройство 10 регистрации фиксирует вычисленные значени  коэффициентов разложени .

С помощью коммутирующего элемента 8 производитс  выбор контролируемого привода бортовых рулей.

Применение фильтра 3 низких частот вызвано необходимостью формировани  на входе усилител  11 сигнала, имеющего нормальную плотность распределени  веро тности , так как сигналы инверсно повтор ющейс  псевдослучайной последовательности максимальной длины имеют вырожденное распределение плотности веро тности, принима  только два значени  ±Uo , и непригодны дл  диагностировани  нелинейных систем. Передаточна  функци  фильтра представл ет собой передаточную функцию фильтра Баттерворта четвертого пор дка и имеет плоскую амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот О-0,8 Гц, дл  целей диагностировани  достаточно наличие белого щума на входе фильтра, а не на его выходе.

При исправном техническом состо нии успокоител  качки ИПФ статистически линеаризованной модели системы фильтр низких частот - успокоитель качки имеет известный вид, определ емый техническими требовани ми на успокоитель качки, т. е. известны и коэффициенты разложени  ИПФ в ортогональный р д, которые уточн ютс  по результатам мореходных испыта5 НИИ. Отклонение значений коэффициентов от их паспортных значений свидетельствует об ухудшении технического состо$}ни  устройства управлени  успокоителем качки судов или привода поворота бортовых

0 РУ- ейДальнейща  стратеги  поиска неисправности базируетс  на использовании тех же блоков (генератора 4, блока 5 п ти фильтров Лагерра, трех коммутирующих устройств 2, 6 и 8, вычислительного устройства 7 и регистрирующего устройства 10, фильтра 3) дл  локализации неисправности до узла, охваченного обратной св зью. Дл  достижени  этой цели необходимо ключом 15 разомкнуть выход датчика 16 от входа выпр мител  14 и повторить проверки, что позвол ет определить неисправный след щий привод поворота бортовых рулей либо неисправность устройства управлени .

Принцип действи  формировател  1 сигнала управлени ; сигнал управлени , поступающий на вход формировател  1 дифференцируетс  и интегрируетс  на усилител х 22 и 23, масщтабируетс  на резисторах 19, 20 и 21, после чего все три составл ющие суммируютс  на усилителе 24. Фильтр 3 производит сглаживание вы сокочастотных составл ющих тестового сигнала с генератора 4 сначала на усилителе.25, охваченном обратной св зью на резисторе 27 и конденсаторе 29, а затем на усилителе 26 с обратной св зью на резисторе 28 и конденсаторе 30.

В блоке 5 тестовый сигнал с выхода усилител  31 поступает одновременно на вход усилител  32 и на первый выход блока 5, с выхода усилител  32 - на вход усилител  33 и второй выход блока 5 и т. д. Выход

0 усилител  35  вл етс  п тым выходом блока 5.

Вычислительное устройство 7 работает следующим образом.

Сигнал на выходе множительного устройства 36 пропорционален произведению сигналов, поступающих на первый и второй входы устройства 7, а на выходе множительного устройства 37 - квадрату сигнала на первом входе устройства 7. Сигналы с выходов множительных устройств 36 и 37 поступают на входы интеграторов 38 и 39 соответственно, где осуществл етс  их осреднение, а сигналы, пропорциональные средним значени м результатов умножени , поступают на входы устройства делени  40,

5 выход которого  вл етс  выходом вычислительного устройства 1.

Усилитель 11 с ограничением работает следующим образом.

Сигналы на выходе усилител  41 пропорциональны сигналам на -его входе до тех пор, пока потенциал на резисторах 42 или 43 не превышает потенциала источника 44 опорного напр жени  соответствующей пол рности. В случае достижени  равенства потенциалов диоды 45 или 46 обеспечивают посто нное значение сигнала на выходе усилител  41, соответственно определ емое положением движков потенциометров 42 или 43.

Множительные устройства 12, 36 и 37 работают (фиг. 7) следующим образом.

Входные величины сигналов через инверторы 47 и 48 поступают на входы суммирующих усилителей 49-52, причем на выходах усилителей 51 и 52 образуютс  суммы этих сигналов и минус сигналов, а на выходах усилителей 49 и 50 - разности сигналов и минус сигналов. Одна из двух сумм об зательно имеет положительный знак, одна из двух разностей - отрицательный знак. Суммы и разности с усилителей 49-52 через диоды 54-57 поступают на функциональные устройства 58 и 59, осуществл ющие возведение в квадрат. Функциональные устройства 58 и 59 возвод т в квадрат сумму и разность входных сигналов , а операционный усилитель 59 производит вычитание квадрата разности из квадрата суммы.

В функциональном преобразователе 13 при положительном сигнале на входе усилител  60 и отрицательном напр жении - Uopri выходной сигнал по вл етс , когда диоды 67 и 68 обеспечивают пб вление на выходе только положительного сигнала . При отрицательном сигнале на входе

операционного усилител  61 и положительном опорном напр жении Uorpt выходной сигнал по вл етс , когда /Uexi/ /KaUorpz/. Диоды 67 и 69 обеспечивают по вление на выходе только отрицательного сигнала. Последовательное соединение устройств на базе усилителей 60 и 61 дает график выходного напр жени .

Устройство позвол ет дать количественную оценку изменени  качества работы успокоител  качки по величине изменени 

коэффициентов разложени  ИПФ линейной модели.

Технико-экономическа  эффективность данного устройства определ етс  повышением такого показател  эксплуатационной

надежности как коэффициент готовности, так как позвол ет в отличие от прототипа (базовый объект) проводить диагностирование успокоител  качки силами личного состава в межпоходовый период, вы вл   скрытые накапливающиес  дефекты. Повышаетс  дбЬтоверность оценки диагностировани , так как исключаетс  вли ние волнового возмущени  и динамических характеристик судна . Устройство обеспечивает глубину диагностировани  до привода поворота бортовых рулей путем проведени  проверки при разомкнутом ключе.

27 29

26

28 30

fPue, 3

Фиа. 4

Фиг. 5

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМИ РУЛЯМИ УСПОКОИТЕЛЯ КАЧКИ СУДНА, содержащее формирователь сигнала управления и усилитель с ограничением, первый вход которого соединен с выходом множительного устройства, один вход которого соединен с выходом функционального ’преобразователя, а другой вход — с выходом выпрямителя, вход которого связан с выходом датчика положительной обратной связи, при этом выход усилителя с ограничением связан с входами следящих приводов поворота бортовых рулей, один из которых кинематически связан с упомянутым датчиком положительной обратной связи, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем обеспечения контроля работы и технического диагностирования, оно снаб- жено двумя датчиками обратной связи, ключом, тремя коммутирующими элементами, генератором тестового сигнала, блоком пяти фильтров Лагерра, фильтром низких частот, вычислительным устройством и устройством регистрации, причем выход первого коммутирующего элемента соединен с вторым входом вышеуказанного усилителя с ограничением, первый вход — с выходом вышеуказанного формирователя сигнала управления, а второй вход через фильтр низких частот — с выходом генератора тестового сигнала, связанного одновременно с входом блока пяти фильтров Лаггера, каждый из пяти выходов которого соединен через второй коммутирующий элемент с первым входом вычислительного устройства, g к второму входу которого подключен выход третьего коммутирующего элемента, входы которого соединены с выходами датчиков обратной связи, кинематически связанными со следящими приводами поворота бортовых рулей, при этом выход вычислительного устройства соединен с входом устройства регистрации, а выход датчика положительной обратной связи соединен с входом выпрямителя через ключ.

   SU „„ 1147636