Устройство для управления движением судна

(19) (11)451) В 63 Н 25 01 А ЗОБРЕТЕНИЯ СПИ А ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О делАм изОБРетений и ОтнРыт СКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Ордена Ленина институт проблем управления(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА, содержащее датчик угла перекладки руля и блок производной, подключенные своими выходами соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя, к третьему входу которого подключен выход суммирующего блока, к одному из входов которого подключен датчик курса, к другому входу - задатчик курса, при этом вход блока производной подключен к выходу суммирующего блока, а выход суммирующего усилителя выполнен с возможностью подключения к регулятору рулевого привода, отличаюи 1 ееся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем сокращения времени перехода с режима маневра на режим автоматической стабилизации курса, оно снабжено блоком модели движения судна, реле с управляющим входом, дифференциатором и корректором крутизны сигнала руля, вход которого через реле с управляющим входом соединен с выходом указанного датчика угла перекладки руля, а . выход подключен к четвертому входу суммирующего усилителя, к пятому входу которого подключен выход блока модели движения судна, к входу которого через упо- Ж мянутый дифференциатор подключен указанный задатчик курса, а управляющий вход Цф реле соединен с выходом дифференциатора.45 50 55 Изобретение относится к судостроению, в частности к устройствам для управления движением судна.Известно устройство для управления движением судна, содержащее датчик угла перекладки руля и блок производной, подключенные своими выходами соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя, к третьему входу которого подключен выход суммирующего блока, к одному из входов которого подключен датчик курса, к другому входу - задатчнк курса, при этом вход блока производной подключен к выходу суммирующего блока, а выход суммирующего усилителя выполнен с гозможностью подключения к регулятору рулевого привода 11).Ьднзко известное устройство характеризуется недостаточнои эффективностью в раооте из-за большого времени перехода с режима м: чевра на режим автоматической стабилизации курса.Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства путем сокращения времени перехода с режима маневра на режим автоматической стабилизации курса.Поставленная пель достигается тем, что устройство для управления движением судна, содержащее датчик угла перекладки руля и блок производной, подключенные своими выходами соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя, к третьему входу которого подключен выход суммирующего блока, к одному из входов которого подключен датчик курса, к другому входу -- задатчик курса, при этом вход блока производной подключен к выходу суммирующего блока, а выход суммирующего усилителя выполнен с возможностью подключения к регулятору рулевого привода, снабжено блоком модели движения судна, реле с управляющим входом, дифференциатором и корректором крутизны сигнала руля, вход которого через реле с управляюгцим входом соединен с выходом указанного датчика угла перекладки руля, а выход подключен к четвертому входу суммирующего усилителя, к пятому входу которого подключен выход блока модели движе-. ния судна, к входу которого через упомянутый дифференциатор подключен указанный задатчик курса, а управляющий вход реле соединен с выходом дифференциатора.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство состоит из датчика курса 1, связанного с блоком 2 производной, с которым также связан задатчик 3 курса через сумматор 4, при этом задатчик 3 курса соединен с входом дифференциатора 5, выход которого соединен с входом блока 6 модели движения судна, датчика 7 угла перекладки руля, соединенного с одним из входов корректора 8 крутизны сигнала руля, выход 5 10 15 20 25 30 35 40 которого соединен с входом корректора 9 крутизны сигнала руля, а другой вход - с выходом дифференциатора 5, а также из суммирующего усилителя 10, к пяти входам которого соответственно подключены выходы датчика угла перекладки руля, блока 2 производной, сумматора 4, корректора 9 крутизны сигнала руля, блока 6 модели движения судна, а выход - к рулевому приводу.В качестве датчика курса 1 может быть применен датчик гидрокомпаса либо феррозонда, Задатчик курса может быть выполнен в виде тахометрической следящей системы, входом которой является задатчик скорости вращения, а выходом - угол поворота, пропорциональный заданному курсу. Блок 2 и дифференциатор 5 могут быть выполнены в виде электронньх дифференцируюших устройств.Блок 6 может быть выполнен в виде электронного интегратора, охваченного жесткой обратной связью, а корректор 9 - в в виде постоянного резистора.Введение указанных блоков необходимо для реализации переменного сигнала рассогласования по курсу, а следовательно, и переменного смещения ра в зависимости от динамических свойств судна. Величина смешения индекса Чз на угол Ьр должна зависеть не только от угла перекладки руля, но и от угловой скорости циркуляции, причем зависимость от угла перекладки руля также должна подбираться исходя из динамических свойств судна.Есл иЧ=Члредск.где 2 Чпрея,ск. величина будущего углового поворота судна до момента выхода его на прямой курс без перегулирования, в момент времени при р равном требуемому, то следует прекратить режим маневра и включить режим автоматической стабилизации курса. Величина указанного поворота при фиксированном управлении в режиме стабилизации зависит от динамических характеристик судна, угловой скорости и положения руля:Л р= Г(р, 6). Таким образом, если при маневре индекс задагнюго курса р, смещать относительно текущего курса на величину Лц),е то это позволяет в любой момент, когда индекс р указывает требуемый новый курс, прекратить режим циркуляции, включая режим автоматической стабилизации, при этом обеспечивается выход на новый курс без перегулирования за минимальное время.В существующих авторулевых величина рассогласования р соответствует смещению индекса р относительно неподвижного индекса, указывающего текущий курс гр.Положение индекса р относительно шкалы текущего курса р будет:Рз Р+ 2 Ч= К 4 гр+ К 56. Чз Ч+Чвреьсн. Составитель Ю. Серов Техред И. ВересКорректор М. Самборская Тираж 435 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Редактор Н. ВоловикЗаказ 2035/14 т. е. индекс гр, смещен относительно текущего значения курса, поэтому его используют в качестве индикатора будущего курса судна, если величину,Ьр подобрать равной:Фпреьсв = К гр/Ч/+К 2 гр/Кзо При реализации зависимости (1) индексгр смещается на величину, равную: Зависимость (1) может быть реализована, если в режиме маневра в авторулевом перестраивать крутизну сигнала руля и формировать сигнал угловой скорости судна с крутизной К 4 в соответствии с зависимостью (1). Перестройка крутизны сигнала осуществляется путем подключения к выходу датчика угла перекладки руля и входу суммирующего усилителя корректора крутизны сигнала руля.Сигнал угловой скорости судна предлагается дополнительно формировать путем дифференцирования сигнала задатчика курса ф . Полученный сигнал задания угловой скорости судна гр пропущенный через фильтр, выполненный в виде электронной модели движения судна, является аналогом угловой скорости судна. Крутизна указанного сигнала подбирается в соответствии с зависимостью (1) равной К . Получение аналога угловой скорости судна с помощью электронной модели движения необходимо для возможности использования индекса р, для прогнозирования будущего направления движения судна с минимальными помехами, которые бывают достаточно большими при развитом морском волнении, если использовать измеренную угловую скорость судна.Реализация электронной модели может быть осуществлена на элементах вычислительной техники в простейшем случае в виде инерционного звена вида: К---- 7Тср -1где К - коэффициент пропорциональныйКь зависимости (1); Т - приведеннаяпостоянная времени судна.При включении режима автоматическойстабилизации курса судна дополнительныесигналы К 4 гр и Кзб заменяются принятымв авторулевых законом стабилизации. Устройство работает следующим образом.При необходимости изменения курса судоводитель задает в задатчике 3 требуемую скорость поворота по курсу, при этом на выходе задатчика 3 вырабатывается сигнал, пропорциональный углу поворота р (1) = = ЯзЖ. Этот сигнал поступает на вход сумматора 4, на выходе которого создается сигнал рассогласования по курсу,так как на второй вход сумматора 4 посту 10 пает величина текущего курса судна 5,гр(1) ==гР (г) - Чз (Г) . ЧеРез некотоРое вРемЯГ)3 Т, при гр = сопз(ф, ол угловая скорость судна станет равной ф= фз, При этомна входы суммирующего усилителя посту 15пают следующие сигналы с сумматора 4,пропорциональные ЬЧ=сопК с блока 2производной ,Ч= 0 и с датчика угла перекладки руля поступают два сигнала: первый непосредственно на первый вход суммирующего усилителя, а второй - через кон 20 такты реле 8 (контакты замыкаются при сигнале р 0) и корректор 9 крутизны сигнала руля на четвертый вход суммирующегоусилителя 10. На выходе дифферен циатора5 вырабатывается сигнал пропорциональныйгр . Указанный сигнал поступает на вход блока 6 модели движения, на выходе которого вырабатывается аналог угловой скорости судна, который с коэффициентом передачи К 4 т поступает на вход суммирующего усилителя 10. В установившемся режиме30циркуляции таким образом формируетсясмещение индекса задатчика курса ср со смещением относительно текущего курса нав соответствии с зависимостью (1).Гри достижении индексом Ч требуемогозначения курса, судоводитель включает режим автоматической стабилизации, При выборе момента переключения режимов предлагаемым способом судоводитель обеспечивает переход с режима маневра на режимстабилизации курса судна с минимальнымвременем и, что особенно важно, без пере 40 гулирования по курсу,Предлагаемое устройство облегчает процесс управления судном особенно при развитом морском волнении, так как в процессе маневрирования судоводитель может легко определить момент перехода на режим стабилизации судна на требуемое новое направление движения,Исключение перегулирования по курсуповышает безопасность плавания и экономичность, так как уменьшается потеря скорости хода судна, появляющаяся при перегулировании по курсу.