Устройство для моделирования выходных сигналов судового гирокомпаса

СОЮЗ СОВЕТСКИХю,юлавеаеРЕСПУБЛИК 51)4 6 Об ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ КО яаности облас дназна ных си ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делдм изОБРетений и откРытии(71) Мурманское производственноеобъединение рыбной промышленИурманрыбпром"(56) Авторское свидетельство СССРФ 579638, кл. С 06 С 7/78, 1976.Авторское свидетельство СССРУ 809247, кл. С 06 О 7/78, 1979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ СУДОВОГО ГИРОКОИПАСА(57) Изобретение относится квычислительной техники и пречено для моделирования выход 801233189 А 1 налов гирокомпаса. Цель изобретениповышение точности, которая достигется введением новых блоков н Функциональных связей, позволяющих моделировать неустановившиеся циркуляциисудна и колебания судна при воспроизведении угла перекладки руля. Введение блока моделирования неустановившейся циркуляции судна, выполненного в виде блока воспроизведениялогариФмической зависимости, и блокамоделирования колебаний судна, выполненного в виде интегратора, позволяет моделировать процесс ввода суднав циркуляцию при перекладке руля иодновременно с этим моделировать про.цесс колебания чувствительного элемента гирокомпаса под воздействиемвозмущающих Факторов во время установившейся циркуляции. 1 нл.Изобретение отьтосится к аналогоцировой вычислительной технике, ипредназначено для моделироттания выходньтх сигналов судового гирокомпасаЦель изобретения " повьщецие точ"ности гОН модслировации Бьгсодньх сиг налов судового гтзрокомттаса В эагиси- МОСТИ От ПЕВЕКУад(тт Р,ЛЯ С УЧЕТОМЭВОЛЮЦИОННОГО ПЕРИОДа ЦИРКЛЯДНИ И перехода его Б устацотзивтцийся режим, с одковременным моделированием процесса колебаний чувствительного элемента гирокомпаса,1 та чертеже показана блок-схемапредлагаемого устройства,У сРОсс т Р., Дс( МОДЕ ГГИРОБ атИЯ БЬ -хоДтсых сигналов сУДового гит)оксмпаса содержит ьно)(итеть 1 Олок .2 Боспро тлзведентя ютогарифмичест(от зависимост- ии, первый сумматор 3, масщтабнъй усилитель 4 компаратор 5 интегратор с), преобразователь 7 напряжения в частоту. Элементы И 8 и 9, Реверсивкый счетчик 10, ключи 11 и 12, ВТОРОЙ сумматор 1 3, блот( т с (рормиРО" вания модуля сигнала, пороговый элемднУстРОЙство для мОделирования Бы ходных сигнал-В судового гирокомпаса работает следующим Образом.При перекладке руля часть схемы. СОСТОЯЩВЯ ИЗ )ЛОКс(тсУМНОЖИТЕЛЯи сумматора , вычисляет величину угловой скогости разворота суцна при устацовивщейся циркуляции, которая в 1 в абатьваеся на Выходе умто)сел-., 1, 7 ля получеттия текущего угла развоРОТа СУДЦа ВЕЛГЧИнсь. УГХГОГО СКОООСТИразворота судна интегрируется во Вэемени цифровым интегратором, состо 5 Щим ИЗ пГ)еОбразоватсля 7 ьтапряжен."5В часто, лемеьттов И 11 ичика 101 ри-тем сиГнал 5 лБОЙ скот)(сттразворота суднаВыхода умвот(итет 5)поступает на вход преобразователя 7плЯ иГтег)ИРоваттиЯ чеРез блок 2 .ст до.ПОЛНИТЕЛЬНЫЙ СУММИ)УЮЩттй ИНТЕГРГтор 6,1 оэтому Величина угловой скоростиразворота судна на входе преабразоваЕЛя 7 стараСТНЕТ ВО ВРЕМЕНИ ПО НЕЛИ "нейному закону опредезляя тем амъмповедение судна тта неустаковтлвщейсяцирт(уляттии; и "РехОдящей затем - у-"татсовттвщиСя РЕЖИМ,Величльта (гловой скорости разворота чувствительного элемента гироком)с 9паса при установивщеися тттркуляттиит,:Гс)сдается следующим образом.1 с 1 атема.-ичест(ие ура) кения описьтБ:кщие движение судна при перекладкеруля содержат сложнь;е нелинейные за Б симости и имеют решения только длятастьх случаев при некоторых упро -йдОцтх дОГущентяхЭлементы ццрт(улпии обьчно опреде. д) "ЯЮТСЯ ЭКСПЕРтЕНТЯЛЬГЬР 4 ПЧТЕМ ПРИ ГГООБЕДЕНИЦ ХОДОВЫХ ИСПЫТаннй СУДОВ При этом уравнения. описывающие поведение судового гирокомпаса, содержат ещ( более сложные нелинейныезависимости. Однако угловая скорость) 3 ЗБО)отсл СУДцсз тРИ ".7 стаНОБИБЩЕЙСЯцителяпин с достаточной степеньюТоОСТИ ОЦИСЫБаЕТСЯ СЛЕДУЮЩЕт ЭМПИРЧЕ.КОЙ ЗсБИИМОСТЬЮ) =. К ,37 - угловая скорость разворог те та судна при установивей ся циркуляции;се(орость судна Га прямом)(ут)се до перекпадки ру"с Р утОл ттерекладки руля11(- )ос ОЯтньте т,од)3 фс 1 тестт,В устройстве Выражение ,1 приводит 5 с( Б.ГДУ и снимаемого с Бьхода уьтн)жите 5 я (.Оответствует угловой скоростиразворота суд а при устатовивщсЙся и ст"(с -Фреализуется следу)Цитл Обрстзомг Я Вход блк а 1 -Ф пОстут;ает сиГналГГ)со)цион,5 т,ттьттглу те)екГадки;.:ию ,2,. Этэт сигнал поступает ца вы-,Итс:.Ющий ВХОД СУМ"тато)аИМЕЮЩИИт".Оэ 14 ттцтегг г.ередачи К Иа суммирую.Г)т Г;:ход сунь(тора 3 имеющий коэф)ттпветт; 5)ередачи т( . поступает БходаЯ Б="т"Ита СКОРОСТИ СУДЦа ттст ПРЯс) СЕ, СЕ-.ЕКладктт 5)"1 ЛГ "ГЯьт -ход сумм)тора 3 соединенБгорымтВХОДОМ УЬНожиЕЛЯ 1, БЕГнсИНа "ИГна циркуляции и определяется выражениями (1) и (2),После перекладки руля угловая ско.рость разворота судна устанавливается не сразу, а достигает установившейся величины за период времени,который называется временем неустановившейся циркуляции.Время неустановившейся циркуляциипо нелинейному закону зависит ст угла перекладки руля, причем чем набольший угол перекладывается рульсудна, тем меньше время неустановившейся циркуляции. Характер этой зависимости также определяется опытнымпутем при проведении ходовых испытаний. Реализация нелинейной зависимости времени неустановившейся циркуляции от угла перекладки руля в данномустройстве осуществляется следующимобразом,После перекладки руля напряжение,пропорциональное устацониншейся угловой скорости разворота судна, с выхода умножителя 1 поступает на первыйвход компаратора 5 и сравнивается свыходным напряжением суммирующего интегратора 6. До момента перекладкируля напряжение на выходе суммирующего интегратора 6 равно нулю и поэтому после перекладки руля с ньгходакомпаратора 5 снимается сигнал, который открывает ключ 12 и закрываетключ 11, При этом выходное напряжение умножителя 1 через масштабныйусилитель ч и первый вход сумматора13 пропускается открытым ключем 12на первый вход суммирующего интегратора 6, который начинает накапливать заряд, При линейном изменениивыходного напряжения умнсжителя 1 изменение напряжения на первом входесуммирующего интегратора б происходит нелинейно за счет того, что выходное напряжение масштабного усилителя 4 сумматором 13 складывается свыходным напряжением блока 2. Блок 2 вырабатывает напряжение, которое по нелинейному (логариФмическому) закону зависит от входного.Выходное напряжение масштабногс усилителя и блока 2 разнополярны и при суммировании вычитаются. Таким образом при линейном увеличении угла перекладки руля напряжение на первом входе суммирующего интегратора б изменяется нелинейно согласно выражению (1)Как тс.:,-,ьцо ны"списав цацояжеццесуммирующего интегратора 6 станетбольше выходного напряжения умнсжцтеля 1, компаратор 5 вырабатывает сигнал, который закроет ключ 12 и откроет ключ 11, При этом опорное напряжение П через открытый ключ 11 начнетразряжать суммирующий интегратор 6до момента нремени, когда ;.нова еговыходное напряжение станет меньшевыходного напряжения умножителя 1.После этого компаратор 5 снова откро.ет ключ 12 и закроет ключ 11, чтоснова вызовет процесс дозаряда суммирующего интегратора 6, т,е. устройство начинает работать в режиме дина.мическогс равновесия, Таким образомпосле перекладки руля до момента наступления динамического равновесия свыхода суммирующего интегратора 5сцимется сигнал. соответствующий угловой скорости разворота судна (чувствительного элемента гирокомпаса)при неустановившейся циркуляции, а,после наступления динамического равновесия с выхода суммирующего интегратора 6 снимается сигнал, соответствующий угловой скорости разворотасудна при установившейся циркуляции,который пропорционален сигналу с выхода умножителя 1, При этом времявыхода устройстна в режим динамического равновесия соответствует времени неустановившейся циркуляции и зависит по нелинейному закону, определяемому параметрами блока 2, от углаперекладки руля. Следует отметить,что при отсутствии блока 2 время неустановившейся циркуляции было быпостоянным и це зависило бы от углаперекладки руля.Реализация блока 2, а также велиьины коэФФициентов передачи масштабного усилителя и блока 2 зависят оттипа моделируемого судна и подбираются опытным путем,В данном устройстве блок 2 реализован в виде логариФмического усилителя, выходное напряжение которогозависит от входного по логариФмическому закону. ЛогарнФмический закон для некоторых типов судов даст достаточно близкое приблюкение к реальной зависимости времени неустановившейся циркуляции ст угла перекладки руля,Так как для судоводителя наиболеесущественным является период вводасудна в циркуляцию и сама циркуляци,то выход из циркуляции целесообразно осуществлять ускоренно, чтобы не отвлекать внимание судоводителя на несущественный элемент маневра судна. Зтот процесс в устройстве осуществляется следуощим образом.При уменьшении угла перекладки руля напряжение на выходе умножителя 1 становится меньше выходного напряжения суммирующего интегратора 6. Приэтом закрывается ключ 12 и открызается ключ 11 и опорным напряжением 11 идет ускоренный разряд суммирующего интегратора 6 до момента равенства выходных напряжений умножителя 1 и суммирующего интегратора 6, при которых наступает новый режим динамического равновесия устройства.При нулевом угле перекладки руля напряжение на выходе умножителя 1 равно нулю, Для того, чтобы в этом случае поддерживался режим динамического равновесия вблизи нулевого значения, на третий вход сумматора 13подается напряжение смещения Е , ко- торсе обеспечивает заряд чнтегратора6 через ключ 12 при его открывании.Выходной сигнал судового гирокомпаса соответствует значению интеграла по времени от угловой скоростиразворота чувствительного элемента.Для реализации этой зависимостинапряжение с выхода суммирующего интегратора 6 поступает на вход преобразователя 7 напряжения в частоту,с выхода которого импульсы з:апряжения с частотой следования, пропорциональной угловой скорости разворотасудна, через элемент 11 8 и 9 поступиют соответственно на суммирующий ивычитающий вход реверсивного счетчика 10. На управляющие входы элементов И поступает сигнал направленияперекладки руля с выхода пороговогоэлемента 15, на вход которого поступает сигнал перекладки руля Ъ, Приперекладке руля на правый борт с выхода порогового элемента 15 снимается сигнал, открывающий элемент И 8,через который импульсы чапряженияпоступают на суммирующий вход счетчика 10 и увеличивают значение числазаписанного в нем, При перекладкеруля на левый борт открывается элемент И 9 и значение числа, записанного в счетчике уменьшается,С выхода счетчика снимается циФрозой код курса судна з текущии момент времени.Реверсизный счетчик работает зкольцевом режиме. циФрозой код максимального значения курса на выходебсчетчика соответствует 359,9 , послеочего он переходит в состояние 000,0 1 О при поступлении очередного счетногоимпульса на его суммирующий вход, иоиз состояния 000,0 переходит в состояние 359,9 при поступлении счетного импульса на его вычитающий вход, 11 Когда устройство после перекладкируля нахоцится з режиме динамического равновесия, выходное напряжениесуммирующего интегратора совершаетколебательный процесс относительно 2 О среднего значения соответствующегоугловой скорости разворота судна.При этом набор числа з счетчике10, соответствующего курсу судна,также идет неравномерно. Зто позволяет одновременно с моделированиемразворота судна моделировать процессколебания чувствительного элементагирокомпаса под действием возмущающих Факторов, например волнение моря. ЗО Таким образом, предлагаемое устройство при применении его в тренажерных судоводительских системах простьп 1 и техническими средствами поззоляет с достаточной степенью точности З 5 моделировать процесс ввода судна вциркуляцию при перекладке руля и одновременно с этим моделировать процесс колебания чувствительного элемента гирокомпаса под действием воз О мущающих Факторов во время установившейся циркуляции.Формула изобретения45 Устройство для моделирования выходных сигналоз судового гирокомпаса,содержащее блок моделирования курса судна выполненный в виде реверсивно го счетчика два сумматора, порого О зый элемент, блок Формирования модуля вхоцного сигнала, преобразователь напряжения з частоту, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых 55 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивносчетчика, выход которого являетсявыходом устройс.за, вход задания уг23311" оставитель Б,Рыбинехред И,Коданич ктор Е. Рош трушев актор акаэ 2773/ Тираж 6/ ИИПИ Государственн по делам изобретен 3035, Москва, ИодписноССР о комитета й и открытий Раушская наб., д, Й 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. У ул. Проектн ла перекладки руля которого пор,клю."чен через пороговый элемент к вторымвходам первого и второго элементовИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведены умножитель, блок моделирования неустановившейся циркуляции судна, выполненный в виде блока воспроизведения логарифмической зависимости, масштабный усилитель, два ключа,блок моделирования колебаний судна,выполненный в виде интегратора, и.компаратор, выход блока формированиямодуля входного сигнала подключен кпервому входу умножителя, выход которого соединен с первыми входами компаратора и первого сумматора и с входами масштабного усилителя и блокавоспроизведения логарифмической зависимости, выход которого подключенк первому входу второго сумматора,выход которого попключен к информационному входу первого ключа, выходкоторого подключен к первому входуинтегратора, выход которого соединенс вторым входом компаратора, выходкоторого подключен к управляющим входам первого и второго ключей, входзадания опорного напряжения устройства соединен с информационным входомвторого ключа, .гыход которого подключен к второму входу интегратора,вход задания напряжения смещения устройства соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которогоподключен к выходу масштабного усилитепя вход задания скорости суднаустройства соединен с вторым входомпервого сумматора, выход которогоподключен к второму входу умножителя , вход задания угла перекладки руля устройства соединен с входом блока формирования модуля сигнала.