Судоводительский тренажер

ЮЭ СОВЕТСКИХ ИАЛИСТИЧЕСКИ А 081/06 1)5 АНИЕ ИЗОБРЕТЕ ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Новосибирский институт инженеров водного транспорта(73) Новосибирский институт инженеров водного транспорта(56) Авторское свидетельство СССР 1 ч.1141442, кл. 6 09 В 9/02, 1983.Авторское свидетельство СССР М 978698, кл. 6 09 В 9/02, 1981,(54) СУДОВОДИТЕЛЬСКИЙ ТРЕНАЖЕР (57) Изобретение относится к тренажерной технике, предназначено для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судоводительского тренажера путем моделирования характерных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки. Сущность изобретения заключается в следующем; с пульта 3 обучаемый органами управления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу. В это время в результате взаимодействия контроллеров модели 1 управляемого судна 1 и модели 4 навигационной обстановки блок 8 преобразования вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9. В случае "выхода" судна за границы судового хода блок сравнения 5, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель 1 управляемого судна и в блок 7 аварийной сигнализации, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель 1 управляемого судна имитирует посадку на мель, 14 ил.1808136 бьЮаднц дисллеи спобщения о ющооности лудьща рукободителя к раааа Проем и Выдод на дисллеи саооиении о жлоонпслтконлродлераб Ици МНО Вьйоднадисллеи с,гемыройона лладанияоцертания 5 ерегаб гранииы рар 8 атера, знаки надигаиион. аослюэоЖю/ Чиение с дисплея ь" ои.юогодом,агиме нацальньц лпраметрой аоижения уп адляе/ючо щ гы 7 Передача д мцс нацальныхаарамещоод ддижения судно/координаты, кцОср скОООГО 1, лT- гружуююсаю суй на Чщение с цспяея В диюл 7 гоьаю,о.же ларамещраб днсш- нРО ОЯВI 18 РиеР, сподия 3 идомопии, ррайж ЖгаЫ Уралг/1808136 Составитель Л.Ильинедактор Л.Волкова Техред М.Моргентал Корректор Е.П каз 1401 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ГКНТ ССС твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина. 101 роиз15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к тренажерной технике для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судоводительского тренажера путем моделирования характерных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки.На фиг.1 изображена стуктурная схема судоводительского тренажера.На фиг,2 изображена функциональная схема пульта руководителя 2.На фиг.З изобрэкена функциональная схема пульта обучаемого 3,На фиг.4 изображена функциональная схема блока аварийной сигнализации 7,На фиг.5 изображена функциональная схема системы визуализации 9,Нэ фиг.6 изображена блок-схема модели навигационной обстановки 4.На фиг,7,8 изобракен алгоритм функционирования модели управляемого обьекта 1.На фиг.9 изображен алгоритм функционирования модели навигационной обстановки 4,На фиг,10 изображен алгоритм функционирования блока преобразования 8,На фиг.11 изображен алгоритм функционирования контроллера пульта 10, входящего в состав пульта инструктора 2,На фиг,12,13,14 изображены алгоритмы функционирования контроллера 25, входящего в состав системы визуализации 9,Судоводительский тренажер (фиг.1) содержит модель управляемого судна 1, связанную с пультом инструктора 2 и пультом обучаемого 3, модель навигационной обстановки 4, соединенную.с пультом инструктора 2 и моделью управляемого судна 1, блок сравнения 5, первый и второй входы которого подключены к выходам модели управляемого судна 1 и запоминающего устройства 6, а выход соединен с входом модели управляемого судна 1 и входом блока аварийной сигнализации 7, Кроме того. в состав тренажера входят последовательно соединенные блок преобразования 8 и система вулканизации 9, причем вход блока преобразования 8 подключен к выходу модели навигационной обстановки 4, запоминающее устройство 6 соединено с моделью управляемого судна 1, а выход блока аварийной сигнализации 7 подключен к входу пульта обучаемого 3.Модель управляемого судна 1 реализована контроллером нэ основе микропроцессора, ее функционирование определяется алгоритмом, описанным на фиг.7,8, В блоках 10 и 22 этого алгоритма выполняется решение системы дифференциальных уравнений движения судна для ситуаций "на 5 плаву" и "посадки на мель или навал наберег", Решение ведется численным интегрированием с постоянным шагом, Коэффициенты этих уравнений определяются конструктивными характеристиками типа 10 судна, его загруженностью, параметраминавигационной среды ветром, глубиной, течением) и положением органов управления на пульте обучаемого,Пульт инструктора 2 содержит фиг,2) контроллер пульта 10, дисплей 11 и клавиатуру 12, Пульт инструктора 10 служит для приема от инструктора параметров навигационной обстановки, являющихся переменными (район плавания, направление и скорость ветра, условия видимости), и переменных обьектов с навигационными огнями (подвикные суда, навигационные знаки).Функционирование контроллера пульта 10 описывается алгоритмом на фиг,14. Пульт обучаемого 3 состоит (фиг,З) из внешних регистров 13, усилителей сигналов 14, индикаторов контрольно-измерительных приборов 15, датчиков положения 16, рукояток органов управления 17, звукового сигнального устройства 18 для выдачи звуковых сигналов и импульсного источника света 19 для указания обучаемому ситуации "посадка на мель или навал на берег". Индикаторы контрольно-измерительных приборов 15 последовательно соединены через усилители сигналов 14 и внешние регистры с входом пульта обучаемого 3, а рукоятки органов управления 17 через датчики положения 16, усилители сигналов 14 и внешние регистры 13 с выходом пульта обучаемого 3. причем указанные входы и выходы пульта обучаемого 3 составляют общую линию взаимосвязи с моделью управляемого судна 1, Входы звукового сигнального устройства 18 и импульсного источника света 19 соединены с выходами блока аварийной сигнализации 7.Блок аварийной сигнализации 7 состоит (фиг,4) из узла запуска 20 для генератора звуковых сигналов 21 и генератора импульсов тока 22, выходы которых соединены с входами звукового сигнального устройства 18 и импульсного источника света 19, Узел запуска 20 при наличии сигнала нэ входе от блока сравнения 5 запускает работу генератора звуковых сигналов 21 и генератора импульсов тока 22,Блок сравнения 5 выполняет сравнение значения текущей глубины места нахождения судна, считываемой из запоминающегоустройства 6, с величиной осадки судна, поступающей из модели управляемого судна 1, Если первая величина не больше второй, что соответствует ситуации "посадка на мель или навал на берег", то выдается сигнал на блок аварийной сигнализации 7, поступающий на вход узла запуска 20,Система визуализации 9 представляет (фиг.5) собой группу проекционных устройств 23 и экран 24, причем все проекционные устройства подключены к общему выходу блока преобразования 8, Проекционное устройство 23 состоит из контроллера 25, каждый из четырех выходов которого через усилитель мощности 26 и соответственно двигатель угла горизонтали 27, двигатель угла вертикали 28, двигатель перемены светофильтров 29 и источник света 30 связаны с проекционным механизмом 31, световой поток от которого отображается на экран 24, Контроллер 25 реализован на однокристальной микроЭВМ, Алгоритм функционирования этого контроллера представлен на фиг,11, в котором СТчобозначает счетчик угла по вертикали, СТО счетчик угла по горизонтали. СТРА счетчик перемены паузы свечения. В качестве счетчиков СТО, СТЧ, СТРА используются ячейки внутренней памяти указанной однокристальной микроЭВМ, Шаговый двигатель, являющийся реализацией блоков 27,28,29, обозначен на алгоритме ШД,Блок преобразования 8 реализован в виде микропроцессорного контроллера и выполняет распределение визуальных объектов модели навигационной обстановки 4 между проекционными устройствами 23 системы визуализации, Алгоритм функционирования блока преобразования представлен на фиг.10.Модель навигационной обстановки 4 реализована на аналогичном контроллере с микропроцессорами и может быть представлена эквивалентной блок-схемой, изображенной на фиг,б, и. содержащей дешифратор команд 32. блок местного управления 33, блок расчета 34 и блок хранения текущих параметров навигационной обстановки 35, Выходы дешифратора команд 32 соединены с входами блока местного управления 33, один из выходов которого подключен к блоку расчета 34, соединенного с блоком хранения текущих параметров навигационной обстановки 35. Функционирование модели навигационной обстановки 4 описывается алгоритмом. представленным на фиг,9.Функционирование судоводительского тренажера в целом определяется работой модели управляемого судна 1 и модели навигационной обстановки 4. Взаимодействие их с остальными частями судоводительского тренажера описывается на основе алгоритмом функционирования следующим 5 образом. После включения судоводительскоготренажера начинают выполняться с помощью модели управляемого судна 1 следу ющие действия (фиг,7,8):передача на пульт инструктора 2 сообщения о готовности к работе;прием из пульта инструктора 2 начальных параметров движения судна (координат 15 положения, направления курса, скорости,загрузки судна);ожидание приема из пульта инструктора 2 команды начала процесса обучения;прием из пульта инструктора 2 команды 20 запуска процесса обучения, передача команды запуска процесса обучения в модель навигационной обстановки 4 (МНО).опрос положения органов управлениясудна из пульта обучаемого 3 (ПО);25 выборка из запоминающего устройстваданных о глубине и течении в месте нахождения судна;передача в модель навигационной обстановки 4 запроса на прием текущих пара метров внешней среды:прием из модели навигационной среды4 данных о ветре, условиях видимости, уровне воды в реке;проверка сигнала от блока сравнения 5, 35 если сигнал есть, переход к п,22 описанияфункционирования;расчет параметров движения судна внормальных условиях путем решения системы дифференциальных уравнений движе ния судна;запоминание вычисленных новых коор,динат, направления курса, линейной и угловой скорости судна для использования в следующем цикле расчета;45 передача на пульт инструктора 2 расчетных параметров движения судна, положения органов управления и режимов работы двигательно-рулевого комплекса;передача на пульт обучаемого 3 показа ний контрольно-измерительных приборов;передача в модель навигационной среды 4 координат и курса управляемого судна, выдача в блок сравнения осадки судна:проверка наличия сигнала из блока 55 сравнения 5 (о посадке на мель или навалена берег);если сигнала нет, то переход на п.19; обнуление линейной скорости судна: передача на пульт инструктора 2 сообщения о посадке на мель;проверка, была ли получена из пульта инструктора 2 команда конца процесса обучения, если нет, то переход к п.5;сброс показаний приборов на пульте обучаемого 2; 5передача в модель навигационной обстановки 4 команды конца процесса обучения;передача. сообщения на пульт инструктора 2 о конце работы тренажера и прекра щения его работы;расчет параметров движения судна в условиях посадки на мель путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений, переход к п,11, 15 Одновременно с моделью управляемого судна 1 модель навигационной обстановки 4 выполняет циклически следующую последовательность действий, начинаемую 20 после включения судоводительского тренажера (фиг.9):передачу на пульт инструктора 2 сообщения о готовности к работе;прием из пульта инструктора 2 началь ных параметров внешней среды (направления и скорости ветра, условий видимости, уровня воды в реке);прием данных из пульта инструктора 2 о подвижных и неподвижных обьектов в 30 районе плавания (координаты судов, их курс и скорость),ожидание приема.из модели управляемого судна 1(МУС) команды запуска процесса обучения; 35прием из модели управляемого судна 1 команды запуска процесса обучения;ожидание запроса из модели управляемого судна 1 о внешней среде или команды конца процесса обучения; 40передачу в модель навигационной среды 1 параметров внешней среды (данных о ветре и уровне воды в реке);расчет местоположения судов, неуправляемых обучаемым. на следующий шаг рас четного времени;ожидание приема из модели управляемого судна 1 координат и курса управляемого судна;прием из модели управляемого судна 1 50 координат и курса управляемого судна;расчет угловых координат навигационных огней относительно управляемого судна в горизонтальной и вертикальной плоскостях; 55выдачу угловых координат и характеристик навигационных огней (цвет, яркость, режим свечения) в блок преобразования 8;проверку запроса на данные о внешней среде. Если запрос есть, то переход на п,7,иначе переход к п.2 для следующего шага выполняемого цикла.Тренажер работает следующим образом;В контроллер модели управляемого судна 1 с пульта инструктора 2 вводится обозначение .типа судна, определяющее физические параметры и гидродинамические характеристики математической модели судна, и данные .по его загрузке, В контроллер модели навигационной обстановки 4 с пульта инструктора 2 вводятся участок судового хода, определяющий навигационную обстановку, глубину и визуальную картину, метеоусловия (силу и скорость ветра, волнение и т,д,),С пульта 3 обучаемый органами управления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу, В зто время в результате взаимодействия контроллеров модели управляемого судна 1 и модели навигационной обстановки 4 блок преобразования 8 вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9, В случае выхода судна за границы судового хода блок 5 сравнения, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель управляемого судна 1 и в блок аварийной сигнализации 7, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель управляемого судна имитирует посадку на мель,Преимущество изобретения закл ючэется в том, что предлагаемый судоводительский тренажер моделирует характерные для речного судовождения нештатные ситуации и транспортные происшествия (посадку на Мель, навал на берег и т.п,), что позволяет существенно расширить функциональные возможности тренажера. Формула изобретения Судоводительский тренакер, содеркэщий пульты обучаемого и инструктора, взаимосвязанные с моделью управляемого судна, блок сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами модели управляемого судна и запоминающего устройства, и блок преобразования, отл и ча ющийс я тем, что в него введены модель навигационной обстановки. взаимосвязанная с пультом инструктора и моделью управляемого судна и подключенная к входу блока преобразования, выход которого служит для подключения к системе визуализации, и блок аварийной сигнализации, вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока сравнения и входом пульта обучаемого, при этом модель управляемого судна взаимосвязана с запоминающим устройством и подключена к выходу блока сравнения.1808136к блоку 1 Фиг. 1 блоку 8 фиг ад Передача д ИНО координат и курса упрабляемого судбыдаца бблок срабнения осадки судна Проберка налцчия сцгнада цз блока сродненця опоспд ке намель цдц на доле но берег 00 1 Я Передача на ПЫопбиьения и по одне но мель 077 1 У цг 7 к блоку 2фиг. 1 Передача нп ПИгвобщения о гптодности к рабоп 7 е Прием цз ЛИ на. чпдьньи параюещ. рпб дбцженця судка каординппы, курс, скоросп 7 ь загружен. носп 7 ц судна Ожц 3 онце примацз ПР командыначала процессапбуценця ПрцемцзЛ/пмонды запуска процесса обучгнця Передача команды запуска процесса Йученця д ЯН 0 Опрпсполпженцяоргоноб упраУенця Дрк суднаиз П 7 Юыборка цз .7 Удонньц и гдубцнгцп 7 ечгнцц Юнкогде наяодотсясудно Прием цз ЮЧ 0 данныи о Вепре, услодця дцдимос п 7 ц уробне бобы реке. бб/лапосажено 00 но мель .7 Г расчещ поромюп. пб цбиженця судно д нпрмадьныс слойки 1 ргшенцг сцсп 7 гмь дир-уро 3 нениц) зпппмцнонцг нпбьакпорпцнащ, курсп,динеиноди угдодобскарпели суднаддя цсподьзоппнцяй иедующем ццкдгрогчРп 7 а Пгредаца на пя асчИпньцпарамнпроб упробдгнця, судна положенияпрганод упрпбдгн црежимпп робсондог Пергд показ КОНЛ 7 Р ип 7 ел роб ча на П 0онцйодьно-изме ьнм П 77 ибо Инуленцединеинод скороспю судна