Способ управления траекторией движения судна

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕЙ ДВИЖЕНИЯ СУДНАj заключающийся в формировании сигнала отклонения от линии заданного пути и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на входы исполнительных механизмов рулей, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности удержания судна на заданной линии, а также удобства управления, линию заданного пути формируют из чередующихся участков прямолинейных отрезков и дуг окружности , при этом непрерывно определяют расстояние от точки начала следующего участка и по величине этого расстояния формируют сигнал перехода на следующий участок, причем при движении по криволинейному участку модуль сигнала отклонения от заданной линии равен модулю разности между текущим и заданным радиусами поворота на данном-участке, знак сигнала отклонения принимают противоположным знаку произведения этой разности на производную курса, а сигнал рассогласования по курсу отключают от (Л входов исполнительных механизмов рулей . ч .k О э

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аю Oui эао В 63 Н 25 00

VOCYQAPCTBEHHblA НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Я АВТОВСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3583963/27-11 (22) 16.04.83 (46) 15.07.84. Бюл. В 26 (72) Л.Б. Элькинд и А.M. Федоров (53) 629.12.075.001.5(088.8) (56) 1.Якущенков A.À.è др.Новые технические средства судовождения. M., Траки спорт", 1973, с. 205, 242 (прототип) ° (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА, заключающийся в формировании сигнала отклонения от линии заданного пути и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на входы исполнительных механизмов рулей, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности удержания судна на заданной линии, а также удобства управления, линию заданного пути формируют из чередующихся участков прямолинейных отрезков и дуг окружности, при этом непрерывно определяют расстояние от точки начала следующего участка и по величине этого расстояния формируют сигнал перехода на следующий участок,.причем при движении по криволинейному участку модуль сигнала отклонения от заданной линии равен модулю разности между текущим и заданным радиусами поворота на данном участке, знак сигнала отклонения принимают противоположным знаку произведения этой разности на производную курса, а сигнал рассогласования по курсу отключают от входов исполнительных механизмов ру- лей.

1102714

Изобретение относится к техничес- ким средствам управления движением судна, в частности к способам управления траекторией движения.

Известен способ управления траекторией движения судна, заключающийся в формировании сигнала отклонения от линии заданного пути и подаче

его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной íà 10 входы исполнительных механизмов рулей f1j .

Недостатком этого способа является невысокая точность из-за возникновения разомкнутости контура регули- 15 рования прИ введении на развороте новых значений. курса и рассогласования по курсу.

Цель изобретения — повышение точ,ности удержания судна на заданной 20 линии, а также удобства управления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления траекторией движения судна, заключающемуся в формировании сигнала откло- 2 нения от линии заданного пути и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на входы исполнительных механизмов рулей, линию заданного пути формируют из чередующихся участков прямолинейных .отрезков и дуг окружностей, при этом непрерывно определяют расстояние до точки начала следующего участка и по величине этого расстояния форми руют сигнал перехода на следующий участок, причем при движении по криволинейному участку модуль сигнала отклонения от заданной линии равен модулю разности между текущим и заданным радиусами поворота на данном участке, знак сигнала отклонения принимают противоположным знаку произведения этой разности на производную курса, а сигнал рассогласования по 4> курсу отключают от входов исполнитель. ных механизмов рулей.

На чертеже представлен пример линии заданного пути, построенной в соответствии с предлагаемым способом 0 и состоящей из пяти участков — трех прямолинейных (АВ, CD, EF) и двух дуг окружностей (ВС с радиусом ВО и ДЕ с радиусом ДО ).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Заданную траекторию (линию заданного пути) формируют из последователь.но чередующихся прямолинейных отрезков и дуг окружностей.

Параметрами этой линии являются: географические координаты (широта q и долгота ) точек начала и конца каждого участка А, В С, Э Е, F (точка А является исходной точкой начала движения, точка  — точкой окончания первого участка АВ и. начала второго участка ВС, точка С вЂ” соответственно точкой окончания второго участка ВС и начала третьего участка CD и т.д), географические координаты точек О, 0 - центров поворота на криволинейных участках траектории, заданный радиус поворота R на каждом криволинейном участке траектории; угол курса заданного » на каждом прямолинейном участке траектории, заданная угловая скорость разворота (д на каждом криволинейном участке траектории.

Из перечисленных параметров только географические координаты границ участков линии заданного пути и центров поворота являются независимыми. Остальные параметры связаны с ними следующими зависимостями ,=80„-О где а — коэффициент пропорциональности» (Ъв- Ъ д с09 Epg

v0Ав= "см 7

Ч8- Ч

М

И о R

I где V — - скорость хода судна.

Для прямолинейного участка о = оо » «о = О .

В процессе движения судна непрерывно определяют текущие параметры движения судна: курс 1», скорость разворота судна по курсу Я (или, что то же, производную курса 1» ), скорость хода судна Ч, географические координаты судна (Ц, 9 ), отклонение судна от линии заданного пути 6, расстояние до начала следующего участка, а при движении на криволинейном участке - еще и.радиус поворота R, Курс (1» получают от курсоуказате ля, скорость разворота <д - от датчика угловой скорости или дифференцированием сигнала (1«, скорость хоВРО

Величина в отклонения от заданной траектории на прямолинейном участке может быть определена из соотношения

Ь = ВР. ь» {,"-9е в .

1 Ъ|-> р1соь<фр

К=агct(ФВ ЧР

Текущий радиус поворота В. при дви-. жении по криволинейному участку тра25 ектории определяют как расстояние от судна до центра поворота. При известных текущих координатах судна (например, g, Ъ, — для точки Р, ) и р1 заданных координатах центра поворога . (pe 1ioq ) текущий радиус определя- 30 втся из соотношения, аналогичного соотношению (1) Rð,à

Сигнал отклонения от линии заданного пути при движении по криволиней. ному участку тРаектоРии формируют 40 следующим образом. Модуль этого сиг- нала определяют как модуль разности между текущим R и заданным Ro радиуса ми поворота на данном участке. Знак сигнала определяют как знак, противо45 положный знаку произведения указан ной разности на производную курса.

На чертеже приведены все четыре возможных сочетания знаков указанных сомножителей — производной курса и 50 отклонения от заданного радиуса разворота.

При движении судна по участку ВС траектории (разворот вправо) производ. ная курса отрицательна. Если судно 55 находится в. точке Р1, т.е. отклонилось от линии заданного пути в сторону приближения к центру поворота 01, 3 11ог7 да Ч вЂ” от лага, географические координаты (p $ ) вырабатывают в навигационном комплексе.

Расстояние от судна до точки начала следующего участка, например до точки В, можно определить по известным координатам судна (точки P) и точки В, используя геометрическое соотношение, аналогичное соотношению (1) .10

14 Р=" Р М+ "С .4 j < К В. Ъ де У- .- p рассогласование по курсу; рассогласование по производной курса; отклонение от заданной траектории, передаточные коэффициенты.

"y А (э" В— отклонение от заданного радиуса поворота также отрицательно (R -R о

= P1О1 -В01с О) . Следовательно, в этом случае знак произведения этих двух сигналов будет "плюс", а знак формируемого сигнала отклонения должен быть "минус", т.е. этот сигнал при подаче его на входы исполнительных механизмов рулей должен вызывать перекладку последних в сторону отрицательных углов (для кормовых рулей это соответствует перекладке на левый борт).

Если судно находится в точке Р, т.е. отклонилось от линии заданного пути в сторону удаления от центра поворота, разность Р О, -В01 отрицательна и знак формируемого сигнала отклонения будет "плюс", что приводит к перекладке рулей в сторону положительных углов, благодаря чему судно будет возвращено из точки Р на дугу ВС.

При движении по участку DE (разворот влево, ) О) формирование сигнала отклонения от линии заданного пути предлагаемым способом обеспечи вает перекладку рулей в направлении, необходимом для возвращения судна на заданную траекторию как из точки Р>, так и из точки Р4.

Управление движением судна реализуется подачей на входы исполнительных механизмов рулей комбинации -сигналов, пропорциональных рассогласованию по курсу, производной курса отклонения от заданной линии. Исполнитель- . ные механизмы рулей осуществляют суммирование управляющих сигналов, поступающих на их входы. Конструктивно то может быть осуществлено, например, если в качестве каждого из входов исполнительного механизма используется своя обмотка управления.

Таким образом, при движении по линии заданного пути закон управления рулями судна реализуют в виде

1102714 бр=1 им рт яра я

Угол перекладки руля 6 связай с суммарным сигналом соотйошением где им — передаточная функция испол нительного механизма.

При движении по прямолинейному участку заданная угловая скорость раз. ворота равна нулю (9 = О), а величи- 1о ну Ь определяют по выражениям (5) и (6) .

При движении по криволинейному участку передаточный коэффициент

К = О, что эквивалентно отключению сигнала рассогласования по курсу от входов исполнительных механизмов рулей, а величину Ь определяют по модулю и знаку разности R-R с учетом знака производной курса., Сигнал перехода с одного участка на другой формируют следующим обра" эом.

В процессе движения непрерывно определяют расстояние от судна (от точки Р) до точки начала следующего участка, используя выражение (4), и сравнивают его с некоторым пороговым значением E . В качестве последнего может быть принята величина до- Щ пустимой максимальной ошибки управления, т.е. допустимого максимальноЮ го отклонения с момента выполнения соотношений

Сигнал перехода на следующий участок формируется в виде двузначной пороговой функции от непрерывного аргумента

ГО при ВР-E)0 р) =1 1, при Вр -ЯО (11) По сигналу перехода с прямолинейного на Криволинейный участок траектории, т.е. при Ф(ВР) = 1, осуществляют отключение от входов исполнительных механизмов рулей сигнала рассогласования по курсу или, что то же, переход к значению ky = О, введение в закон управления вместо значения

Чз О значения 6Эд для данного криволинейного участка изменение метода формирования величины Ь, изменение точки начала следующего участка (С вместо В), по которой формируется пороговый сигнал перехода Ф.

Применение предлагаемого способа позволяет IfoSblcHTb точность удержания судна на заданной линии за счет сохранения замкнутого контура регулирования, а также удобства управления.

1102714

Составитель Л.Лихтеров

Редактор Н.Киштулинец Техред А. Ач

Корректор А.Ференц

Подписное

Заказ 4892/11

Тирак 456

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, З-3$, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4