SU732824A1 - Система регулировани - Google Patents

Description

Изобретение относится к судовой автоматике и может быть использовано, например, в устройствах и системай автоматического управления объектами, имеющими несколько регулирующих органов, в частности для стабилизации в открытом море курса судна при неуправляемом его дрейфе в горизонтальной плоскости под действием возмущений от ветра и течения».

Известна система автоматического управления, в которой предусматривается применение в цепи обратной связи интегрирующего конденсатора для изменения величины сигнала обратной связи с целью компенсации на руле несимметричных нагрузок [1].

Однако для инерционных объектов регулирования, например судов без 20 хода, практически невозможно аппаратурно реализовать цепь с интегрирующим конденсатором для больших постоянных времени процесса регулирования. 25

Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования, в которой устраняются нежелательные колебания курса судна без хода от воздействия волнения 30 путем включения дополнительных фильтров в цепь формирования управляющих сигналов, содержащую первый элемент сравнения, первый блок формирования управляющего сигнала, усилитель и блок регулирующих органов, подключенный через датчик обратной связи ко второму входу первого блока формирования управляющего сигнала, датчик и первый задатчик и блок выбора регулирующего органа [2].

Однако при произвольном изменении курсовых углов максимальных возмущений от ветра и течения система не обеспечивает заданной точности стабилизации при максимальной мощности всех винтов регулируемого шага и колонок, имеющихся на судне Для создания стабилизирующего момента по курсу.

Целью изобретения является повышение точности системы. Поставленная цель достигается тем, что система содержит последовательно соединенные второй задатчик и второй блок формирования управляющего сигнала и последовательно соединенные третий задатчик и второй элемент-сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого элемента сравнения.

третий вход — со вторым выходом датчика обратной связи, первый выход со входом блока выбора регулирующего органа, а второй выход — со вторым входом второго блока формирования управляющего сигнала, третий вход которого подключен к выходу блока выбора регулирующего органа, а выход — к третьему входу первого блока формирования управляющего сигнала.

На чертеже представлена блок-схема системы, которая содержит датчик 1 и первый задатчик 2 регулируемого параметра, например курса судна без хода, соединенные со входами первого элемента сравнения 3, подключенного через первый блок 4 формирования управляющего сигнала и усилитель 5 к блоку б регулирующих органов, состоящему из ряда регулирующих органов типа винта регулируемого шага 20 и рулевой движительной колонки, воз-, действующих на судно 7, чтобы ста- ’ билизировать заданное значение курса Ч в условиях неуправляемого изменения параметров продольного (X) и попе-25 речного (Y) дрейфа судна под воздействием возмущения F, Информация о состоянии регулирующих органов через датчик 8 обратной связи поступает на вход блока 4 формирования управ- βθ ляюшего сигнала.

Система также содержит второй элемент сравнения 9, подключенный через блок 10 выбораι регулирующего органа одновременно ко зходу второ- ·,, го блока 11 формирования управляю- ⁵ щего сигнала, который также подключен ко второму задатчику 12 и ко второму элементу сравнения 9, а выход блоха 11 соединен с первым блоком 4 формирования управляющего сигнала, 40 второй элемент сравнения 9 подключен к третьему задатчику 13.

Система регулирования работает следующим образом. С датчика 1 сигнал _ истинного значения регулируемого 45 параметра, например курса судна без хода при неуправляемом дрейфе в открытом море, поступает на первый вход элемента сравнения 3, на второй вход которого для выработки сиг- 5Q нала отклонения подается с задатчика 2 требуемое значение параметра регулирования.

Сигнал отклднения с элемента сравнения 3 поступает в блок 4 для фор-, мирфвания в соответствии с принятым алгоритмом управления сигнала, содержащего в общем случае также составляющие производной и интеграла. Управляющий сигнал с блока 4 через усилитель. 5 воздействует на блок б, кото- 60 рый вырабатывает требуемое значение момента стабилизации параметра при изменяющихся под действием возмущения F параметрах X и Y. Величина и направление этого момента стабилиза- 65 ции контролируются в системе датчиком обратной связи, сигналы с которого поступают на второй вход блока 4, обеспечивая требуемое качество стабилизации при одновременной работе всех регулирующих органов блока б.

В предлагаемой системе автоматического регулирования разработан новый принцип использования регулирующих органов блока 6, обеспечивающий достижение заданной точности стабилизации параметра при всех значениях возмущения F до F_MC)KC и во всем диапазоне его .углов встречи с судном. Причем, в соответствии с поставленной целью изобретения точность стабилизации параметра ψ достигается путем соответствующего дополнительного управления работой блока б при уменьшении потребляемой его органами энергии.·

Это обеспечивается путем формирования в системе двух взаимосвязанных во времени последовательных управляющих воздействий, вырабатываемых элементом сравнения 9, блоками 10, 11 с использованием двух опорных сигналов от задатчиков 12, 13 и сигналов, формируемых в блоках 3, 4, 5, 8.

Первое управляющее воздействие формируется в цепи, .состоящей из элемента 9 и блока 10, с выхода которого снимается сигнал на второй вход блока 6.

Формирование этого управляющего воздействия обусловлено решением следующей логической задачи включения в работу органов блока 6:

_n ) JO-npu Ιι--λι,2.. N > I< ^ПР“ I Κ <Ν, ’где последовательность сигналов на включение (к + i)-гсх блока 6 при работе в данный момент времени всех (K-1+i) органов по стабилизации параметра ψ ;

значение ошибки стабилизации при работе всех предыдущих органов;

- заданное значение ошибки;

N - число всех органов, имеющихся на судне 7 в блоке б для стабилизации параметра Ч> .

Значение ошибки формируется в элементе сравнения 9 с учетом сигнала, поступающего со второго выхода датчика 8 обратной связи, соответственно по числу (к - 1) включенных в данный момент времени органов управления блока 6, и сигнала те кущего, значения ошибки ДЧ с элемента сравнения 3. Этот сигнал поступает в блок 10 и сопоставляется с величиной желаемой (заданной) ошибки , устанавливаемой в задатчике 13. При S на выходе блока 10 сигнал управления отсутствует, что означает n_k=0, и включения нового (к-го) органа не производится . При этом одновременно с второго выхода элемента 9 на блок 11 поступает сигнал '’запрет'', блокирующий выходной сигнал с этого блока на блок 4 формирования управляющего сигнала.

Указанная работа блоков 9, 10 и б производится до полного включения в работу имеющихся органов, когда κ=Ν» Если пои этом также не выполняется условие iA’fp, то с выхода элемента сравнения 9 на блок 11 поступает сигнал, ''разрешающий'' работу системы по второму (из двух последовательных управляющих воздействий) управляющему сигналу уже с блока 11.

Этот второй управляющий сигнал формируется в блоке 11 с учетом выходного сигнала блока 10 и опорного сигнала с задатчика 12, Величина выходного сигнала блока 11 определяется уставкой задатчика 12, а его знак (плюс или минус) зависит от фазы ''разрешающего'' сигнала с элемента 9,

Поступая на третий вход блока 4, управляющий сигнал блока 11, пройдя через блоки 5, б вызовет разворот в горизонтальной плоскости рулевой движительной колонки, что приведет к появлению продольной составляющей упора колонки навстречу составляющей F_x. Разворот колонки формируется датчиком обратной связи путем подачи на блок 4 соответствующего сигнала обратной связи и заканчивается, как только начнет выполняться условие дЧц _=N ~ ΔΜ’θ по команде с выхода элемента сравнения 9. После этого система вновь возвращается к работе по оценке условия (1), отключая последовательно с =N — 1 органы управления блока б, т.к, один орган^ а именно рулевая движительная колонка, уже участвует в создании момента стабилизации курса на ''своем'' угле разворота .

В случае изменения возмущения F в сторону уменьшения (в т.ч. и до нуля с изменением знака) система '’возвращает'¹ органы блока б в исходное состояние (или изменяет знак создаваемых ими упоров) в последова тельности, обратной выше указанной, т.е. вначале^ колонка возвращается в; положение όχ =0, а затем последовательно отключаются (включаются с другим знаком) остальные органы блока б при непрерывном контролировании выполнения условия Д*4_к ί δΨ_ο.

Таким образом, система обеспечивает стабилизацию папаметра с заданной точностью при одновременном уменьшении энергии, потребляемой блоком регулирующих органов б для компенсации внешнего возмущения F.

Claims (2)

1. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ Изобретение относитс  к судовой автоматике и может быть использована , например, в устройствах и систеMak автоматического управлени  объек тами, имеющими несколько регулирующих органов, в частности дл  стабили зации в открытом море курса судна при неуправл емом его дрейфе в горизонтальной плоскости под действием возмущений от ветра и течени ,. Известна система автоматического управлени , в которой предусматриваетс  применение в цепи обратной св зи интегрирующего конденсатора дл  изменени  величины сигнала обратной св зи с целью компенсации на руле несимметричных нагрузок 1. Однако дл  инерционных объектов регулировани , например судов без хода, практически невозможно аппаратурно реализовать цепь с интегрирующим конденсатором дл  больших посто нных времени процесса регулировани . Наиболее близкой к изобретению  вл етс  система автоматического регулировани , в которой устран ютс  нежелательные колебани  курса судна без хода от воздействи  волнени  путем включени  дополнительных фильтров в цепь формировани  управл ющих сигналов, содержащую первый элемент сравнени , первый блок формировани  управл ющего сигнала, усилитель и блок регулирующих органов, подключенный через датчик обратной св зи ко второму входу первого блока формировани  управл ющего сигнала, датчик и первый задатчик и блок выбора регулирующего органа 2. Однако при произвольном изменении курсовых углов максимальных возмущений от ветра и течени  система не обеспечивает заданной точности стабилизации при максимальной мощности всех винтов регулируемого шага и ко .лонок, имеющихс  на судне Дл  создани  стабилизирующего момента по курсу. Целью изобретени   вл етс  повышение точности системы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что система содержит последовательно соединенные второй задатчик и второй блок формировани  управл ющего сигнала и последовательно соединенные третий задатчик и второй элемент-сравнени , второй вход которого соединен с выходом первого элемента сравнени . третий вход - со вторым выходом датч ка обратной св зи, первый выход со входом блока выбора регулирующего органа, а второй выход - со вторьам входом второго блока формировани  управл ющего сигнала, третий вход которого подключен к выходу блока выбора регулирующего органа, а выход - к третьему входу первого блока формировани  управл ющего сигнала. На чертеже представлена блок-схема системы, котора  содержит датчик 1 и первый задатчик 2 регулируемого параметра, например курса судна без хода, соединенные со входами первого элемента сравнени  3, подключенного через первый блок 4 формировани  управл ющего сигнала и усилитель 5 к блоку б регулирующих органов, состо щему из р да регулирующих органов типа винта регулируемого шага и рулевой движительной колонки, воздействующих на судно 7, чтобы стабилизировать заданное значение курс . в услови х неуправл емого изменени  параметров продольного (X) и поп речного (У) дрейфа судна под воздействием возмущени  F, Информаци  о состо нии регулирующих органов через датчик 8 обратной св зи поступае на вход блока 4 формировани  управл ющего сигнала. Система также содержит второй элемент сравнени  9, подключенный через блок 10 выбора регулирующего органа одновременно ко зходу второго блока 11 формировани  управл ющего сигнала, который также подключен ко второму задатчику 12 и ко вт рому элементу сравнени  9, а выход блока 11 соединен с первым блоком 4 формиров-ани  управл ющего сигнала, второй элемент сравнени  9 подключе к третьему задатчику 13. Система регулировани  работает следующим образом. С датчика 1 сигнал истинного значени  пегулируемог параметра, например курса судна без хода при неуправл емом дрейфе в открытом море, поступает на первый вход элемента сравнени  3, на вто . рой которого дл  выработки сиг нала отклонени  подаетс  с задатчика 2 требуемое значение параметра регулировани . Сигнал отклонени , с элемента сра нени  3 поступает в блок 4 дл  формир11йани  в соответствии с прин тым алгоритмом управлени  сигнала, соде жащего в общем случае также составл ющие производной и интеграла. Управл к  ий сигнал с блока 4 через ус литель; 5 воздействует на блок б, ко рый вырабатывает требуемое значение мс 4ента стабилизации параметра f пр измен ющихс  под действием возмущени  F параметрах X и Y. Величина и направление этого момента стабилиза ии контролируютс  в системе датчиком братной св зи, сигналы с которого оступают на второй вход блока 4, беспечива  тпебуемое качество стаилизации при одновременной работе сех регулирующих органов блока б. В предлагаемой системе автоматиеского регулировани  разработан новый ринцип использовани  регулирующих рганов блока 6, обеспечивающий достижение заданной точности стабилизации параметра Ч при всех значени х возмущени  F до ° всем диапазоне его .углов встречи с судном. Причем, в соответствии с поставленной целью изобретени  точность стабилизации параметра f достигаетс  путем соответствующего дополнительного управлени  работой блока б при уменьшении потребл емой его органами энергии. Это обеспечиваетс  путем формировани  в системе двух взаимосв занных во времени по следовательных управл ющих воздействий, вырабатываемых элементом сравнени  9., блоками 10, 11 с использованием двух опорных сигналов от задатчиков 12, 13 и сигналов, формируемых в блоках 3, 4, 5, 8. Первое управл ющее воздействие формируетс  в цепи, .состо щей из элемента 9 и блока 10, с выхода которого снимаетс  сигнал на второй вход блока б. Формирование этого управл ющего воздействи  обусловлено решением следующей логической задачи включени  в работу органов блока б: о-при, ДЧ..ДЧ 1-j.-l,2- .. N upu, дЧ1.,дч К М, где . последовательность сиг налов на включение ( к + 1)-га блока 6 при работе в данный момент времени всех (К-1+i) органов по стабилизации параметра Ч ; значение ошибки стабилизации при работе всех предыдущих органов; заданное значение ошибки; N - число всех органов, имеющихс  на судне 7 в блоке б дл  стабилизации параметра Ч . Значение ошибки лМ, формируетс  в элементе сравнени  9 с учетом сигнала , поступак цего со второго выхода датчика 8 обратной св зи, соответственно по числу (к - 1) включенных в данный момент времени органов управлени  блока б, и сигнала текущего , значени  ошибки дЧ с элемента ::равнени  3. Этот сигнал f. поступает в блок 10 и сопоставл етс  с величиной желаемой (заданной) ошибки 1 устанавливаемой в задат чике 13. При лЧк.-i 3 выходе блока 10 сигнал управлени  отсут . ствует, что означает , и включени  нового (к-го) органа не произ водитс  . При этом одновременно с второго выхода элемента 9 на блок 1 поступает сигнал запрет, блокирующий выходной сигнал с этого блока на блок 4 формировани  управл ющего сигнала. Указанна  работа блоков 9, 10 и производитс  до полного включени  в работу имеющихс  органов, когда Если пои этом также не выполн етс  условие ,, , то с выхода эле мента сравнени  9 на блок 11 поступ ет сигнал, разрешающий работу системы по второму (из двух последо вательных управл ющих воздействий) управл ющему сигналу уже с блока 11 Этот второй управл ющий сигнал формируетс  в блоке 11 с учетом выходного сигнала блока 10 и опорного .сигнала с задатчика 12. Величина выходного сигнала блока 11 ойредел етс  уставкой задатчика 12, а его знак (плюс или минус) зависит от фазы разрешающего сигнала с эле мента 9, Поступа  на третий вход блока 4, управл ющий сигнал блока 11, пройд  через блоки 5, 6 вызовет разворот в горизонтальной плоскости рулевой движительной колонки, что приведет к по влению продольной составл ющей упора колонки навстречу составл ющей Р, Разворот колонки формируетс  датчиком обратной св зи путём подачи на блок 4 соответствующего сигнала обратной св зи и заканчиваетс , как только начнет выполн тьс  условие лЧ. йЬ.Ч по команде с выхода элемента сравнени  9. После этого система вновь возвращаетс  к оаботе по оценке услови  (1), отключа  последовательно с N N - 1 органы управлени  блока б, т.к. один opraf а именно рулева  движительна  колонка , уже участвует в создании момента стабилизации курса на своем угле разворота $ . В случае изменени  возмущени  F в сторону уменьшени  (в т.ч. и до нул ,с изменением знака) система возвращает органы блока 6 в исходное состо ние (или измен ет знак создаваемых ими упоров) в последовательности , обратной выше указанной, т.е. вначале; колонка возвращаетс  i положение d 0, а затем последовательно отключаютс  (включаютс  с другим знаком) остальные органы блока б при непрерывном контролировании выполнени  услови  ДЧ Af, Таким образом, систома обеспечивает стабилизацию паоаметра с заданной точностью при одновременном уменьшении энергии, потребл емой блоком регулирующих органов fi дл  кс «пенсации внешнего возмущени  F. Формула изобретени  Система регулиоовани , содержаща  последовательно соединенные первый элемент сравнени , первый блок формировани  управл ющего сигнала, усилитель и блок регулирующих органов , подключенный через датчик обратной св зи ко второму входу первого блока формировани  управл ющего сигнала , датчик и первый защатчик, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента сравнени , блок выбора регулирующего органа, выход которого соединен со вторым входе блока регулирующих органов, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности системы, она содержит последовательно соединенные второй задатчик и второй блок формировани  управл ющего сигнала и последовательно соединенные третий эадатчйк и второй элемент сравнени , второй вход которого соединен с выходом первого элемента сравнени , третий вход со вторым выходом датчика обратной св зи, первый выход - со входом блока выбора регулирующего органа, а второй выход - со вторым входсм второго блока формировани  управл ющего сигнала, третий вход которого подключен к выходу блока выбора регулирующего органа, а выход - к третьему входу первого блока формировани  управл ющего сигнала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.патент Франции 2110570, кл. G 05 D 1/00, опублик. .
2. 2.Патент Великобритании 1342252, кл. G 05 D 1/00, опублик, 1974.