UA123235C2 - Система водіння по маршруту - Google Patents

Abstract

Винахід належить до області судноводіння, зокрема до автоматичного управління рухом суден по маршруту, у тому числі і при наявності зовнішніх впливів. Системи водіння по маршруту включає задатчик шляхового кута, супутникову навігаційну систему, інтегратори, суматори, датчик носового руля, привід носового руля, привід кормового руля, датчик кормового руля, датчик кутової швидкості, датчик бокової швидкості. Використання даної системи водіння по маршруту дозволяє, при наявності зовнішніх впливів, знизити витрати пального за рахунок руху судна по маршруту без дрейфу, зменшити кількість спрацювань кормового та носового рулів за рахунок виключення операцій диференціювання сигналів при формуванні управлінь, підвищити надійність системи за рахунок резервування управління для різних районів плавання і погодних умов.

Description

Винахід належить до області судноводіння, зокрема до автоматичного управління рухом суден по маршруту, у тому числі і при наявності зовнішніх впливів.

Відома система водіння по маршруту (Л.Л. Вагущенко, Н.Н. Цуьюмбал. Системьї автоматического управления движением судна. - Одесса: Фенікс, 2007. - 328 с.), яка дозволяє утримувати судно на маршруті, у тому числі при наявності зовнішніх впливів у вигляді вітру та течії.

Недоліком даного способу є те, що в усталеному режимі судно рухається по заданому маршруту з кутом дрейфу (кутом між діаметральною площиною і вектором швидкості судна), що призводить до збільшення гідродинамічного опору та витрат пального.

Відомий також пристрій (авторське свідоцтво СРСР 460535), що забезпечує автоматичне утримання судна на заданому курсі. Стабілізація курса здійснюється по даним гірокомпаса, який являється основним джерелом інформації про напрямок руху судна. Сигнал поточного курсу та його похідна подаються на вхід обчислювача (суматора), на вхід якого також подається сигнал з датчика перекладки руля.

Даний пристрій має наступні недоліки: перевантажує рульовий привід при розвинутому морському хвилюванні; сигнал курсу з гірокомпаса має накладені шуми і при його диференціюванні шуми підсилюються та збільшують кількість спрацювань рульового приводу, а також неможливо отримати сигнал похідної курсу з необхідними динамічними якостями, що виключає його застосування для нестійких на курсі суднах; відсутній сигнал кута дрейфу, що призводить до паралельного відходу судна з заданого напрямку руху при боковому вітрі чи течії.

Відома також "Апаратура автоматического управления движением судна" (патент РФ 2144884, кл. ВЗН 25/04), що забезпечує автоматичне управління рухом малотоннажного судна з нульовим кутом дрейфу.

Апаратура має наступні недолік: використання сигналу кута дрейфу разом із сигналами кутової швидкості і сигналом курсу у законі управління кормовим рулем не ефективно, так як кормовий руль при позитивному куті відхилення створює від'ємний момент повороту судна (зміщення судна вліво) і позитивний (по знаку) кут дрейфа (зміщення судна вправо); виключення ж із закону управління кута дрейфа приводить до зміщення судна з заданої

Зо траєкторії руху; встановлення апаратури на крупнотоннажні і річкові судна, нестійкі на курсі, не забезпечує необхідну точність утримання судна на заданому напрямку руху.

Найбільш близькою по технічній суті до системи, що заявляється, є апаратура автоматичного управління рухом судна при наявності бокової складової вітру та течії (див. патент РФ Мо 2223197 "Аппаратура автоматического управления движением судна, прототип).

У даній системі, крім кормового руля, запропоновано додатково використовувати носовий руль, що дає змогу судну рухатися без дрейфу при наявності бокової складової вітру та течії.

Це приводить до зменшення гідродинамічного опору і зменшення витрат пального.

Запропонована система має наступні недоліки: не забезпечує утримання судна на маршруті при наявності бокової складової вітру та течії у зв'язку з чим періодично виникає необхідність відпрацювання бокового відхилення від маршруту; для оцінки кутової швидкості у системі використовується диференціювання кута рискання, отриманого від супутникової навігаційної системи, що призводить до підсилення шумів у каналі формування управляючого сигналу на привід кормового руля, його додаткових спрацювань та зменшення ресурсу; відсутність резервування. Незважаючи на використання у системі двох рулів (носового і кормового), при виході із ладу кормового руля система не в змозі забезпечити підтримку заданого курсу навіть при відсутності зовнішніх впливів.

Задачею винаходу є створення системи водіння по маршруту, яка дозволила б, використовуючи штатні командні прилади судна - супутникову навігаційну систему, датчик бокової швидкості, датчик кутової швидкості, задатчик шляхового кута, датчики кормового та носового рулів і виконавчі пристрої - привід кормового та носового рулів, отримати нові можливості: забезпечити утримання судна на маршруті; забезпечити рух судна по маршруту з нульовим дрейфом; зменшити загальну кількість перекладок кормового та носового рулів; підвищити надійність системи за рахунок резервування каналів управління.

Це досягається тим що у систему водіння по маршруту (див. Фіг.), яка включає задатчик шляхового кута 2, супутникову навігаційну систему 3, перший 6 та другий 7 інтегратори, перший 10 та другий 11 суматори, датчик носового руля 12, привід носового руля 13, привід кормового руля 14, датчик кормового руля 15, вихід першого суматора 10 з'єднано із входом приводу носового руля 13, а вихід датчика носового руля 12 з'єднано із першим входом першого суматора 10, вихід другого суматора 11 з'єднано із входом привода кормового руля 14, а вихід 60 датчика кормового руля 15 з'єднано із третім входом другого суматора 11, додатково введені датчик кутової швидкості 1, датчик бокової швидкості 4, третій 5, четвертий 8 та п'ятий 9 суматори, вихід датчика кутової швидкості 1 з'єднано з першим входом п'ятого суматора 9, вихід задатчика шляхового кута 2 з'єднано з першим входом третього суматора 5, перший вихід супутникової навігаційної системи З з'єднано із другим входом третього суматора 5, а вихід третього суматора 5 із другим входом п'ятого суматора 9 та входом другого інтегратора 7, вихід другого інтегратора 7 з'єднано з третім входом п'ятого суматора 9, вихід п'ятого суматора 9 з'єднано із другим входом першого суматора 10 та першим входом другого суматора 11, другий вихід супутникової навігаційної системи З з'єднано із входом першого інтегратора 6 та другим входом четвертого суматора 8, вихід першого інтегратора б з'єднано з першим входом четвертого суматора 8, вихід датчика бокової швидкості 4 з'єднано з третім входом четвертого суматора 8, вихід четвертого суматора 8 з'єднано з другим входом другого суматора 11 та третім входом першого суматора 10.

Розкриваючи причинно-наслідкові зв'язки між сукупністю істотних ознак системи, що заявляється, і технічним результатом необхідно відзначити, що: ознака формули «...вихід задатчика шляхового кута 2 з'єднано з першим входом третього суматора 5, перший вихід супутникової навігаційної системи З з'єднано із другим входом третього суматора 5, а вихід третього суматора 5 із другим входом п'ятого суматора 9 та входом другого інтегратора 7, вихід другого інтегратора 7 з'єднано з третім входом п'ятого суматора 9, вихід п'ятого суматора 9 з'єднано із другим входом першого суматора 10 та першим входом другого суматора 11...» забезпечує рух судна з нульовим дрейфом за рахунок використання ПІД-регулювання у каналі рискання; ознака формули «...другий вихід супутникової навігаційної системи З з'єднано із входом першого інтегратора 6 та другим входом четвертого суматора 8, вихід першого інтегратора 6 з'єднано з першим входом четвертого суматора 8, вихід датчика бокової швидкості 4 з'єднано з третім входом четвертого суматора 8, вихід четвертого суматора 8 з'єднано з другим входом другого суматора 11 та третім входом першого суматора 10...» забезпечує утримання судна на маршруті за рахунок використання ПІД-регулювання у боковому каналі; ознака формули «...вихід датчика кутової швидкості 1 з'єднано з першим входом п'ятого суматора 9...» зменшує загальну кількість перекладок кормового та носового рулів за рахунок

Зо використання у вхідних сигналах приводів носових 13 та кормових 14 рулів виміряної датчиком 1 кутової швидкості судна у каналі рискання (а не обчислюваної шляхом диференціювання кута рискання судна, як у прототипі); ознаки формули «...вихід п'ятого суматора 9 з'єднано із другим входом першого суматора 10 та першим входом другого суматора 11... та ... вихід четвертого суматора 8 з'єднано з другим входом другого суматора 11 та третім входом першого суматора 10...» підвищує надійність системи за рахунок резервування каналів управління; сигнал з виходу п'ятого суматора 9 та сигнал з виходу четвертого суматора 8 одночасно подаються для формування управлінь приводами носового 13 і кормового 14 рулів, що, у разі відмови одного 3 них, дозволить управляти судном іншим приводом, обмеживши можливості управління (триматися на маршруті з кутом дрейфу при наявності зовнішніх впливів).

Система працює наступним чином (див. Фіг.)

На перший вхід п'ятого суматора 9 подається кутова швидкість о, судна з датчика 1 кутової швидкості в каналі рискання, на другий вхід п'ятого суматора 9 подається сигнал ФоФ; відхилення кута рискання від вод кута з виходу третього суматора 5, на третій вхід суматора 9 подається сигнал тот; з виходу другого інтегратора 7. З виходу п'ятого суматора 9 на друг в о ФК ра перурий вхід другого суматора 11 подається сигнал і який забезпечує стійке відпрацювання кута рискання судна до заданого значення Фо; при цьому кут дрейфу в- 0

На перший вхід ретвертого суматора 8 подається інтеграл бокового відхилення судна від заданого маршруту | усі з виходу першого інтегратора 6, на другий вхід четвертого суматора 8 і на вхід першого інтегратора 6 подається бокове відхилення ду судна від заданого маршруту з другого виходу супутникової навігаційної системи, на третій вхід четвертого суматора 8 подається бокова швидкість судна У з датчика бокової швидкості 4. З виходу четвертого суматора 8 на другий вд яву Ку 1 їуф третій вхід першого суматора 10 подається вихідний сигнал У У У У л який забезпечує стійке відпрацювання відхилення МУ від заданого маршруту Му-о .

- ок - о. -65 -

Якщо на привід кормового руля 14 подавати сигнал , а на привід носового руля 13 сигнал У 791792 то спільне управління кормовим і носовим рулями забезпечить одночасне виконання умов 8-0 та МУ-О

Наведене на Фіг. підключення першого суматора 10, приводу носового руля 13 та датчика носового руля 12 забезпечують фільтрацію вхідного сигналу Он, а підключення другого суматора 11, приводу кормового руля 14 та датчика кормового руля 15 забезпечують фільтрацію вхідного сденалу ок,

Трон Торо 45 тав

Торо 6, Торо ох де Т - постійна часу аперіодичної ланки.

Використання даної системи водіння по маршруту дозволяє, при наявності зовнішніх впливів, знизити витрати пального за рахунок руху судна по маршруту без дрейфу, зменшити кількість спрацювань кормового та носового рулів за рахунок виключення операцій диференціювання сигналів при формуванні управлінь, підвищити надійність системи за рахунок резервування управління.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Система водіння по маршруту, яка включає задатчик шляхового кута, супутникову навігаційну систему, перший та другий інтегратори, перший та другий суматори, датчик носового руля, привід носового руля, привід кормового руля, датчик кормового руля, вихід першого суматора з'єднано із входом приводу носового руля, а вихід датчика носового руля з'єднано із першим входом першого суматора, вихід другого суматора з'єднано із входом привода кормового руля, а вихід датчика кормового руля з'єднано із третім входом другого суматора, яка відрізняється тим, що додатково введені датчик кутової швидкості, датчик бокової швидкості, третій, четвертий та п'ятий суматори, вихід датчика кутової швидкості з'єднано з першим входом п'ятого суматора, вихід задатчика шляхового кута з'єднано з першим входом третього суматора, перший вихід супутникової навігаційної системи з'єднано із другим входом третього суматора, а вихід третього суматора із другим входом п'ятого суматора та входом другого інтегратора, вихід З0 другого інтегратора з'єднано з третім входом п'ятого суматора, вихід п'ятого суматора з'єднано з другим входом першого суматора та першим входом другого суматора, другий вихід супутникової навігаційної системи з'єднано із входом першого інтегратора та другим входом четвертого суматора, вихід першого інтегратора з'єднано з першим входом четвертого суматора, вихід датчика бокової швидкості з'єднано з третім входом четвертого суматора, вихід четвертого суматора з'єднано з другим входом другого суматора та третім входом першого суматора.