Авторулевой

ОПИСАН ИИЗОБРЕТЕНИЯ ЕСоюз Советских17744 Н Социалистических Республик(51) М,Кл 1 ЮО рисоединением заявки -Госудврствоииый комитет 23) Приорите по делам изобротвии(43) Опубликовано 15,12.81. Бюллетень46 (45) Дата опубликования описания 30,03.82(72) Авторыизобретения В. Г. Борисов, О. М, Кравцов, Г. Э. ШлейеБ. Г. Тер-Микаэлян, М, Г. Тахтамышев,и Ю. В. Исаченко Н. К. Окияавв, В. Бусаров 71) Заявитель Ордена Ленина институт управления пробл САЖУ 54) АВТОРУЛЕВО ли сигнал арон ляющей угловой уаравления (угНедостатком 5 что при управлпроисходит изм рактеристик су хода, осадки, з управления руле юрционален толькоскорости курса сула зтеускладтси,руляавторулевого являеении курсом суднаенение динамическидна (изменение сагрузки и т, зт.), ввым приводом оставдна от ) ся то,когда х хаако 10 лКгто + Кзб Изобретение касается управления судами, в частности управления курсом судна,Известен авторулевой, в котором для улучшения качества управления используются сигналы курса, производной курса, второй производной курса и сигнал от датчика положения руля Ц.Однако использование ситналов курса, производной курса и второй производной курса особенно при развитом морском волнении приводит к чрезмерной перегрузке рулевого привода из-за высокого уровня возмущений и помех, и авторулевой в этом случае приходится отключать и переходить на ручное управление.Наиболее, близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является авторулевой, в котором для сокращения количества перекладок руля при одновременном улучшении качества ста. билизации использована модель угловой скорости курса, что позволило отказаться от сигнала угловой скорости курса, полу. чаемого дифференцированием сигнала с датчика курса с высоким уровнем помехи возмущений 21,В известном авторулевом на вход модели угловой скорости курса судна ттодается сигнал с датчика угла перекладки руля и поэтому полученный на выходе модеотсутствует составляющая угловой скорости курса судна от изменения динамических характеристик судна. Следствием этого является значительное снижение,качества стабилизации курса судна.Целью изобретения является отовышениеточности автоматической стабилизации курса при изменяющихся динамических характеристиках судна,Поставленная цель достигается тем, чтоавторулевой, содержащий блок угла рас согласования по курсу, датчик угла перекладки руля и блок моделирования угловой скорости судна, выходы которых подключены соответственно к первому, второму и ,третьему входам усилителя мощности, и ЭО датчик угловой скорости судна, введены77441 да, изменяются параметры в блоке моделирования угловой скорости судна, в частности величины 1(Т, КТ,КоПри подстановке текущих значений о и 6 в уравнение,невязки (2) последняя небу. дет равна, нулю, если математичвская модель не соответствует,протекаемому процессу,Чтобы в блоке 10 угловая скорость судна соответствовала реальной, необходимоН; так перестроить величины 1 Т, К; Т, - ; 5 чтобы невязка в уравнения (2) равнялась нулю. Для идентификации трех параметровКосудна УТ, К; Т, сиспользуются три уравнения поиска:- ( ): аД Т о(4) х о (5) в + 6-,- 1 где - а коэффициент идентификации, выбирается экспериментально, исходя из двух условий: для малой величины а процесс идентификации слишком затянут, для большой величины а и наличия возмущений процесс идентификации происходит с большими искажениями.Уравнения (3, 4, 5) решаются в идентификаторе 7 параметров судна.Величину углового ускорения судна а 1 в уравнении неувязки (2) получаем в блоке 6.Получаемый после дифференцирующего звена сигнал а 1 имеет фазовые погрешности, которые приводят к погрешностям при расчете величины невязки в 1. Поэтому для выравнивания фаз сигналы а( и 61 необходимо пропускать через одинаковые фазосдвигающие фильтры вида: л 1 . %в = --- а -- , - о --- 5(Р)1 ср Использование таких фильтров эквивалентно применению оператора Р(р) к выражению невязки в, т. е. 60 Р(Р)Я: о у,л+ .+ + Т (2)1 К КьТ Т Т ТогдаПри изменении режима плавания судна, т, е,загрузки, глубины под килем, скорости хо 3первый фильтр, дифференциатор, первыйблок произведения и последовательно соединенные второй фильтр, идентификаторпараметров судна и второй блок произведения, выход которого подключен к входу 5блока моделирования угловой скорости судна, а второй вход - к выходу датчика угла перекладки руля и к входу второгофильтра, вход первого фильтра подключенк выходу датчика угловой скорости судна и 10через дифференциатор - к второму входуидентификатора параметров судна, а выход - к третьему входу идентификаторапараметров судна, второй выход которогочерез первый блок произведения подключен к второму входу блока моделированияугловой скорости, а третий выход - ктретьему входу блока моделирования угловой скорости судна, выходом соединенногос вторым входом первого блока произведе.ния,Наличие идентификатора параметровсудна позволяет автоматически подстраи.вать параметры модели угловой скоростисудна под воздействием изменения динамических свойств судна, что улучшает качест.во управления курсом судна.На чертеже приведена функциональнаясхема авторулевого.Он содержит блок 1 угла рассогласова. З 0ния по курсу, датчик 2 угла перекладки ру.ля, датчик 3 угловой скорости судна,фильтры 4 и 5, дифференциатор 6, идентификатор 7 параметров судна, блоки 8 и 9произведения, блок 10 моделирования угло- З 5вой скорости судна, усилитель 11 мощности,Авторулевой работает следующим образом.Упрощенное уравнение математическоймодели угловой скорости судна имеет вид: 40 лгде о - угловое ускорение судна;К; - коэффициент эффективности руля; 50Ь - угол перекладки руля;бо - балансировочное значение углаперекладки руля - величина по.стоянная для каждого судна иданного режима плавания. 55Перенесем все члены уравнения (1) в правую часть и обозначим эту величину через невязку в: й,а - щу+ - у+ -+ -,T TТ5Найденные по уравнениям (3, 4, 5) величиК;ны ИТ, К,Т и - б, поступают на вход блока моделирования угловой скорости судна 10, перестраивая его так, чтобы невязка г, формируемая идентификатором параметров судна 7 по уравнению 6, стремилась к нулю.В блоках 8 и 9 произведения на выходе формируются соответственно сигналы:1 л К- о) и - 8,Т ТПерестройка блока моделирования угловой скорости судна приводит к тому, что на входе усилителя 11 мощности формилруется сигнал а, наиболее полно отражающий настоящие (изменяющиеся) динамические характеристики судна. Это значит, что в управлении движением курса судна постоянно присутствует информация об изменяющихся динамических характеристиках судна.Предлагаемый авторулевой позволит также уменьшить внтенсввность (частоту и амплитуду) перекладок руля, особенно при действии развитого морского волнения, повысить помехозащищенность каналов управления.Формула изобретенияАвторулевой, содержащий блок угла рассогласования по курсу, датчик угла6перекладки руля и блок моделирования угловой скорости судна, выходы которых подключены соответственно .к первому, второму и третьему входам усилителя мощб ности, и датчик угловой скорости судна, о тл и ча ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности авторулевого, он содержит первый фильтр, дифференциатор, первый, блок произведения и последовательно сое диненные второй фильтр, идентификатор ипоследовательно соединенные второй фильтр, идентификатор параметров судна и второй блок произведения, выход которого подключен к первому входу блока модели рования угловой скорости судна, а второйвход - к выходу датчика угла перекладки руля и к входу второго фильтра, вход первого фильтра подключен к выходу датчика угловой скорости судна и через дифферент циатор - к второму входу идентификаторапараметров судна, а выход - к третьему входу идентификатора параметров судна, второй выход которого через первый блок произведения подключен к второму входу блока моделирования угловой скорости судна, а третий выход - к третьему входу блока моделирования угловой скорости судна, выходом соединенного с вторым входом первого блока произведения.30Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССР 35 Мо 460535, кл. (Ь 05 О 1/00, 1973.2. Авторское свидетельство СССРМо 540258, кл. О 05 Р 1/00, 1975 (прототип),Корректор С. Файн Редактор П, Морозова Тип, Харью, фил. пред. Патенте Заказ 32/39 а Изд.654 Тираж 940 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская нзб., д. 4/5