UA146800U - Спосіб автоматичного керування рухом судна з використанням полюса повороту - Google Patents

Abstract

Спосіб автоматичного керування рухом судна з використанням полюса повороту полягає у отриманні з датчика лінійної швидкості поздовжньої V швидкості судна, з електронної картографічної системи відстані RG від полюса повороту до центра мас судна, підтримання через автоматику силової енергетичної установки заданої поздовжньої швидкості руху, передачу та відпрацювання команд носовим та кормовим підрулюючими пристроями. Додатково визначають зміщення центра обертання судна відносно центра мас судна, у залежності від поздовжньої швидкості V судна, , положення полюса повороту відносно центра обертання судна RO=RG-∆x, управління , , для реалізації розвороту судна навколо поточного положення RO полюса повороту, відхилення поточного положення RO полюса повороту від заданого значення , формують корегувальні поправки ∆∆1, ∆,2 для компенсації поточного відхилення полюса повороту від заданого значення, формують сумарне управління на носовий та кормовий підрулюючі пристрої.

Description

Корисна модель належить до області судноводіння, зокрема до систем автоматичного керування рухом судна з використанням полюса повороту.

Відомий спосіб експериментального визначення положення полюса повороту (див., наприклад, Товстокорьійй О.Н. Зкспериментальное определение положения полюса поворота по тангенциальнььм составляющим носа и кормь! (Електронний ресурс| / О. Н. Товстокорьй //

Науковий вісник Херсонської державної морської академії.-2014. - Мо 1(10). - с. 57-63. - точка доступу пПер:/Кта.кК5.са/ча/паисппауа-гароїа/пайсппуе-і2дапіуа/аткпім-потегім/2014/1-10), який дозволяє експериментально визначити положення полюса повороту за даними вимірювань тангенціальних складових швидкостей носа і корми судна. Даний спосіб визначає положення полюса повороту, але не передбачає використання отриманих результатів для формування управлінь.

Відомий також спосіб оцінки положення полюса повороту (через відсутність усталеної термінології автор називає полюс повороту як центр обертання) (див., наприклад, Центр вращения и его перемещение І|Злектронний ресурс| // Зеа-Мап.огд. 2018. Точка доступу порз//взеа-тап.ого/5епіг-мгазппепіуа-зцапа.піт!), який дозволяє оцінити положення полюса повороту у залежності від швидкості судна, величини і напрямку вітру, положення керма, інерції обертання, дії гребного гвинта та при задньому ході. Наведені рисунки із позначенням положення полюса повороту для цих випадків.

Недоліком способу є визначення лише напрямку зміщення полюса повороту, без визначення величини зміщення, що не дозволяє використовувати отримані результати для розрахунку кута перекладки керма.

Найбільш близьким по технічній суті до способу, який заявляється, є спосіб ручного керування рухом судна з врахуванням концепції полюса повороту (див., наприклад, 5ео 5. 0.

Загег апа Моге ЕНісіепі Зпір Напаїїпд м/йй Ше Рімої Роїпі Сопсері / 5.2. 5ео // Те Іпіетаїйопаї доитаї! оп Маїгіпе Мамідайоп апа Заїеїу ої Зеа Тгапзропаїйоп.-2016. - МоіІ.10. - Іввце 4. - Р. 605- 612. БОЇ: 10.12716/1001.10.04.09, найближчий аналог).

Даний спосіб полягає у визначенні для різних схем руху судна (чисте обертання (уам/ опіу), обертання з поперечним рухом (уам/н5мау), обертання з поздовжнім рухом (уамж/зигде) та обертання з поперечним і поздовжнім рухом ууамнзмауєзигое)) положення полюса повороту д--и

Зо відносно центра мас судна по формулі Ох де Не. положення полюса повороту відносно центра мас судна, У - бокова швидкість діаметральної площини судна, 77 - кутова швидкість рискання судна відносно центра мас, врахування положення полюса повороту для видачі рекомендацій щодо ручного керуванні рухом судна.

На Фіг. 1 показані випадки використання полюса повороту при швартуванні судна без поздовжньої швидкості та з поздовжньою швидкістю.

У даному способі: положення полюса повороту визначається відносно центра мас судна, а не відносно центра його обертання (точки, відносно якої судно має найменший спротив обертанню у каналі рискання під час свого руху); центр обертання судна залежить не лише від масово - інерційних характеристик судна, але й від гідродинамічних характеристик, а також залежить від поздовжньої швидкості руху судна; не врахування цих обставин призводить до помилок у керуванні судном та небажаних наслідків; на Фіг. 1 показано положення судна для випадків його обертання навколо полюса повороту, який співпадає з центром обертання (суцільний контур) та центром мас (штриховий контур); не вказано, який зв'язок між визначеним положенням полюса повороту і управлінням б (кутом відхилення керма); надані лише загальні рекомендації з врахування положення полюса повороту при ручному керуванні рухом судна.

Задачею корисної моделі є створення способу, який дозволяв би, використовуючи штатні командні прилади судна - Датчик лінійної швидкості судна, Електронну картографічну систему,

Автоматику силової енергетичної установки, носовий підрулюючий пристрій, кормовий підрулюючий пристрій, отримати нові можливості: здійснювати автоматичне керування розворотом судна (у тому числі оптимальне), навколо полюса повороту Ко, без поздовжньої швидкості; здійснювати автоматичне керування рухом судна (у тому числі оптимальне) без кута дрейфу, або з заданим кутом дрейфу, з поздовжньою швидкістю.

Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі автоматичного керування рухом судна з використанням полюса повороту, що полягає у отриманні з датчика лінійної швидкості поздовжньої М швидкості судна, з електронної картографічної системи відстані Не від полюса повороту до центра мас судна, підтримання через автоматику силової енергетичної установки заданої поздовжньої швидкості руху, передачу та відпрацювання команд носовим та кормовим підрулюючими пристроями, додатково визначають зміщення центра дбертарня судна відносно центра мас судна, у залежності від поздовжньої швидкості М й М . судна, г Мк Мтлах ;» положення поювсан доброту відносно центра обертання судна 5 ак, ам, 5 17 (ЗМУ в до) 2 пло по, . бо | аг ам дош

Во-Ве-лх, управління 2 | тах|. У 7 для реалізації розвороту судна навколо поточного положення Но полюса, повороту, відхилення поточного положення Но полюса повороту від заданого значення о. формують корегувальні поправки Дбі, Лог для компенсації поточного відхилення полюса повороту від заданого значення, формують сумарне управління на носовий та кормовий підрулюючі пристрої.

Розкриваючи причинно-наслідкові зв'язки між сукупністю істотних ознак способу, який заявляється, і технічним результатом, необхідно відзначити, що: ознака формули у «Яодатковітавизначають зміщення центра обертання судна відносно центра мас судна 2 М кт Мтах л у залежності від поздовжньої швидкості М судна, положення полюса повороту відносно центра обертанцй судна Но-Но-дх...", дозволяє врахувати зміщення центра обертання судна відносно у( ю цент Мас у залежності від швидкості судна, уточнити схему руху судна та зменшити недфібхідну докіманевру область; 17 (ЗМУ в до) 2 пев» З пон ' па Во к|бахі ау ам, ще ознака формули "...управління ; для реалізації розвороту судна навколо поточного положення Но полюса повороту ..." дозволяє сформувати управління на носовий та кормовий підрулюючі пристрої для реалізації розвороту навколо поточного полюса повороту; ознака формули "визначають...відхилення поточного положення Ко полюса повороту від заданого значення Но. формують корегувальні поправки Лоб:, Або для компенсації поточного відхилення полюса повороту від заданого значення..." дозволяє утримувати поточне положення полюса повороту біля заданого значення за рахунок формування коригувальних управлінь на носовий та кормовий підрулюючі пристрої; - ознака формули "... формують сумарне управління на носовий та кормовий підрулюючі пристрої." дозволяє формувати управління для реалізації розвороту навколо поточного полюса повороту та утримання поточного полюса повороту біля заданого значення.

Спосіб здійснюється за допомогою схеми управління, наведеної на Фіг. 2.

Схема управління включає Датчик лінійної швидкості (ДЛШ) 1, Електронну картографічну систему (ЕКС) 2, Блок З розрахунку зміщення центру обертання відносно центра мас судна,

Задатчики констант 4, 8, суматори 5, 7, 11, 12, 14, інтегратор 13, Блок 6 розрахунку управлінь, носовий 9 та кормовий 10 підрулюючі пристрої, Автоматику силової енергетичної установки (АСЕУ) 15, Задатчик швидкості руху 16. Вихід ДЛШ 1 судна з'єднано з третім входом Блока З і першим входом АСЕУ, перший та другий входи Блока З з'єднані відповідно з першим та другим виходами Задатчика констант 4, вихід Блока З та вихід ЕКС 2 з'єднані відповідно з першим та другим входами суматора 5, вихід суматора 5 з'єднано із першим входом суматора 7 та п'ятим входом Блока 6 розрахунку управлінь, другий вхід суматора 7 з'єднано з п'ятим виходом

Задатчика констант 8, перший, другий, третій, четвертий виходи Задатчика констант 8 з'єднані відповідно з першим, другим, третім та четвертим входами Блока 6, перший та другий виходи

Блока 6 з'єднані відповідно з першими входами суматорів 11, 12, вихід суматора 7 з'єднано з першим входом суматора 14, вихід суматора 14 з'єднано із входом інтеграторів 13, вихід інтегратора 13 з'єднано із другим входом суматора 14 та другими входами суматорів 11, 12, вихід суматора 11 з'єднано із входом носового підрулюючого пристрою 9, а вихід суматора 12 з'єднано із входом кормового підрулюючого пристрою 10, вихід Задатчика швидкості руху 16 з'єднано із другим входом АСЕУ 15.

Приведена на Фіг. 2 схема автоматичного керування розраховує управління на підрулюючі пристрої 9, 10 по інформації ДЛШ 1 та ЕКС 2 періодично, з тактом роботи бортового контролера. ДЛШ 1 вимірює швидкість судна У, яка використовується для підтримування АСЕУ заданої швидкості судна МУ" таудозвахунку Єкоком З зміщення центра обертання судна відносно його центра мас по формулі г Мк Мтлах . Довжина судна І та максимальна швидкість

Мтах подаються відповідно на перший та другий входи Блока 3. Зміщення Ах з виходу Блока З використовується для розрахунку суматором 5 поточного положення полюса повороту Ко відносно центра обертання судна по формуді Во-Но-дх. Значення Не надходить з ЕКС 2, де воно вимірюється по поточному положенн в) Заданому положенню полюса повороту.

Поточне положення полюса повороту Во з виходу Блова/» Використовується далі Блоком 6 для 17 (м В 9) 2 р-н ол ! бо х |Бтах| аку ам, . розрахунку управлінь ; - Управління б2 вибирається довільно із допустимої області, а управління бі з есе по наведеній формулі, отриманій із лінійної математичної моделі судна. При 2 у Ум, отримують оптимальне 31,2 .. . ам ас, керування розворотом, мінімальне у часі. Константи л що визначають гідродинамічні характеристики судна та плечі встановлення носового і кормового підрулюючих пристроїв відносно центра обертання, подаються на перший, другий, третій, четвертий входи

Блока 6 відповідно з першого, другого, третього, четвертого виходів Задатчика констант 8.

Управління бі, б2, отримані з виходу Блока 5, не враховують можливі відхилення параметрів руху судна через наближеність використаної математичної моделі, зовнішні впливи вітру та течії, похибки вимірювання тощо. З цих та інших причин поточне положення полюса повороту буде з часом все більше відрізнятися від заданого Во, Для утримання поточного положення полюса повороту біля заданого значення, суматор 7 розраховує відхилення Ко -Ко поточного положення полюса повороту від заданого, при цьому, поточне положення Ко подається з виходу суматора 5 на перший вхід суматора 7, а задане положення Во з п'ятого виходу

Задатчика констант 8 на другий вхід суматора 7. Відхилення Но -Ко подається на перший вхід суматора 14. Суматор 14, разом здікхегратором 13, визначають коригувальну поправку дб до

Т- Я н Аб --КАРо - Но) управлінь 601,02 наступним чином Чаї .

Дана коригувальна поправка подається на другі ходи суматорів 11, 12. Так як положення 057 полюса повороту розраховується по формулі 22 де Му - бокова швидкість судна, а о» -

Ко) кутова швидкість рискання, то змінити Но можна або змінивши Му, або змінивши 0;, тобто коригувальна поправка може бути врахована двома способами: бі-біАб,бо2а-боАб, якщо потрібно змінити Му, бі-біжАб,б2-б2-ДО, якщо потрібно змінити со».

Вибір способу врахування коригувальної поправки визначається знаком коефіцієнта підсилення другого входу суматорів 11, 12. Управління б1ї, б2 з виходів суматорів 11, 12 подаються відповідно на входи носового та кормового підрулюючих пристроїв 9, 10.

Використання даного способу дозволяє здійснювати автоматичне керування розворотом судна (у тому числі оптимальне), навколо полюса повороту Но, без поздовжньої швидкості та здійснювати автоматичне керування рухом судна (у тому числі оптимальне) без кута дрейфу або з заданим кутом дрейфу з поздовжньою швидкістю.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб автоматичного керування рухом судна з використанням полюса повороту, що полягає у 45 отриманні з датчика лінійної швидкості поздовжньої М швидкості судна, з електронної картографічної системи відстані Нс від полюса повороту до центра мас судна, підтримання через автоматику силової енергетичної установки заданої поздовжньої швидкості руху,

   передачу та відпрацювання команд носовим та кормовим підрулюючими пристроями, який відрізняється тим, що додатково визначають зміщення центра обертання судна Відносно центра мас судна, ду, залежності від поздовжньої швидкості М судна, 2 У Мах , ІФ) Ст яВо- А о) ! положення полюсай ГповородМ,; відносно центра обертання судна Во-Во-дх, управління 155-302 (У водо |) бо х |В тах | аку ам, аа ,; ; для реалізації розвороту судна навколо поточного положення Ко полюса повороту, відхилення поточного положення Ко полюса повороту від заданого значення Во, формують корегувальні поправки дої, Або для компенсації поточного відхилення полюса повороту від заданого значення, формують сумарне управління на носовий та кормовий підрулюючі пристрої.

   Ук вч ті Р.В, !

   Я г, Ж І й у | ;

   : в ї : и : : й

   Фіг