Устройство для управления подводным буксируемым аппаратом

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДЮДНЫМ БУКСИРУЕМЬМ АППАРАТОМ по авт. св. № 875347, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при проведении измерений гидрофизических параметров океана, оно снабжено датчиком и задатчиком натяжения кабель-троса, вторым сумматором , блоками выбора нижнего и верхнего уровней ограничения дифферента и блоком форм фования диапазона ограничения дифферента, причем выходы датчика и эадатчика натяжения кабель-троса подключены к входам второго сумматора, выход которого подключен к первому входу блока выбора верхнего уровня ограничения дифферента, второй вход которого подключен к шине подачи сигнала об изменении градиента измеряемого гидрофизического параме тра, a выход - к первому входу блока формирования диапазона ограничения дифферента , первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока ограничения дифферента, второй вход к выходу блока выбора нижнего уровня ограничения дифферента, первый вход которого подключен к шине сигнала заданной величины градиента измеряемого параметра, a второй вход - к выходу задатчика натяжения кабель-троса. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждьй из блоков выбора соответственно нижнего и верхнего уровней ограничения W дифферента вьтолнен на компараторе и подключенных через разделительные диоды к его выходу своими управляющими входами разнополярных ключах , выходы которых объединены и являются выходом блока, -входами которого ЯВЛ5ПОТСЯ объединенные входы компаратора и ключей. й| 3.Устройство по п. 1, отлиГФ чающееся тем, что блок форСП мирования диапазона ограничения дифферента состоит из последовательно соединенных первого инвертора, сумматора и второго инвертора, причем первым входом блока является один из входов сумматора, вторым - вход первого инвертора, a первым и вторым выходами блока являются соответственно выход сумматора и выход второго инвертора.

„SQ.„1124259

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСЙУЬЛИИ

g ) G 05 D 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИГ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 875347 (21) 3600044/18-11 (22) 25.05.83 (46) 15.11.84. Бюл. У 42 (72) С.Д. Константинов, О.А. Леонтьев, О.С. Попов и В.N. Рыльчиков (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 62.50(088;8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

К- 875347, кл. G 05 D 1/00, 1979 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВОДНЫМ БУКСИРУЕМЫМ АППАРАТОМ по авт. св. - 875347, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при проведении измерений гидрофизических параметров океана, оно снабжено датчиком и задатчиком натяжения кабель-троса, вторым сумматором, блоками выбора нижнего и верх- него уровней ограничения дифферента и блоком формирования диапазона ограничения дифферента, причем вьгходы датчика и эадатчика натяжения кабель-троса подключены к входам второго сумматора, вьгход которого подключен к первому входу блока выбора верхнего уровня ограничения дифферента, второй вход которого подключен к шине подачи сигнала об изменении градиента измеряемого. гидрофизического параметра, а выход . — к первому входу блока формирования диапазона ограничения дифферента, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока ограничения дифферента, второй вход— к выходу блока выбора нижнего уровня ограничения дифферента, первый вход которого подключен к шине сигнала заданной величины градиента измеряемого параметра, а второй вход — к выходу задатчика натяжения кабель-троса.

2. Устройство по п. 1, о т л ичающе е с я тем, что каждый из блоков выбора соответственно нижЙ него и верхнего уровней ограничения дифферента выполнен на компараторе и подключенньгх через разделительные диоды к его выходу своими управляющими входами раэнополярных ключах, выходы которых объединены и являются выходом блока, входами которого являются объединенные входы

Iaaf компаратора и ключей.

3. Устройство по п. 1, о т л и- МЬ ч а ю щ е е с я тем, что блок фор- 9ф мирования диапазона ограничения диф- - ф ферента состоит из последовательно © соединенных первого инвертора, сумматора и второго инвертора, причем первым входом блока является один из входов сумматора, вторым - вход первого инвертора, а первым и вторым р выходами блока являются соответственно выход сумматора и выход второго инвертора.

1 1124 0

Изобретение относится к системам управления подводными. буксируемыми аппаратами (БА), используемыми для океанологических исследований.

По основному авт. св. У 875347 устройство для управления подводным буксируемым аппаратом, обеспечивающее высокую надежность при буксировке

БА за счет уменьшения нагрузки на буксирный трос при маневрирова- 1О нии аппарата в вертикальной плоскос° а ти. у

Устройство для управления подводным буксируемым аппаратом содержит задатчик и датчик глубины и датчики !5 дифферента и скорости изменения дифферента, подключенные соответственно к первому и второму входам блока управления горизонтальными рулями, последовательно соединенные 20 сумматор и блок ограничения дифферента, выходом подключенный к третьему входу блока управления горизонтальными рулями, причем первый и второй входы сумматора соединены соот- 25 ветственно с задатчиком и датчиком глубины (1 1.

Недостатком известного устройства является невозможность автоматического изменения диапазона ограничения дифферента в зависимости от натяжения кабель-троса и изменения значений градиентов исследуемых гидрофизических полей, что приводит к недостаточной точности и быстродействию устройства.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия при проведении измерений гидрофизическнх параметров океана.

Цель достигается тем, что устройство для управления подъемным буксируемым аппаратом, содержащее задатчик и датчик глубины и датчики дифферента и скорости изменения дифферента, подключенные соответственно к первому и второму входам блока управления горизонтальными рулями, последовательно соединенные сумматор и блок ограничения дифферента, вы1яодом подключенный к третьему вхо-. ду блока управления горизонтальными рулями, причем первый и второй входы сумматора соединены соответственно с задатчиком и датчиком глубины, 55 снабжено датчиком и задатчиком на, тяжения кабель-троса, вторым сумматором, блоками выбора нижнего и верх259 ъ него уровней ограничения дифферента и блоком формирования диапазона ограничения дифферента, причем выходы датчика и задатчика натяжения кабель-троса подключены к входам второго сумматора, выход которого подключен к первому .входу блока выбора верхнего уровня ограничения дифферента, второй вход которого подключен к шине подачи сигнала об изменении градиента измеряемого гидрофизического параметра, а выход — к первому входу блока формирования диапазона ограниченчя дифферента, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко второму и третьему входам блока ограничения дифферента, второй вход— к выходу блока выбора нижнего уровня ограничения дифферента, первый вход которого подключен к шине сиг.нала заданной величины градиента измеряемого параметра, а второй вход — к выходу задатчика натяжения кабель-троса.

Каждый из блоков выбора соответ- ственно нижнего-и верхнего уровней ограничения дифферента выполнен на компараторе и подключенных через разделительные диоды к его выходу своими управляющими входами разнополярных ключах, выходы которых объединены и являются выходом блока, входами которого являются объединенные входы компаратора и ключей. Блок формирования диапазона ограничения диФферента состоит из последовательно соединенных первого инвертора, сумматора и второго инвертора, причем первым входом блока является один из входов сумматора, вторым — вход первого инвертора, а первым и вторым выходами блока являются соответственчо выход сумматора и выход второго инвертора.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — принципиальные схемы отдельных блоков устройства.

Устройство для управления подводным буксируемым аппаратом (фиг. 1) содержит датчик 1 и задатчик 2 глубины, датчики 3 дифферента и 4 скорости изменения дифферента подключенные соответственно к первому и второму входам блока управления горизонтальными рулями, последова3 1124 тельно соединенные первый сумматор 6 и блок 7 ограничения дифферента, выходом подключенный к третьему входу блока 5 управления горизонтальными рулями, причем первый и второй входы первого сумматора 6 соединены соответственно с латчиком 1 и эадатчиком 2 глубины. Устройство включает также датчик 8 и эадатчик 9 натяжения кабель-троса, подключенные соответственно к первому и второму входам второго сумматора 10, выход которого подключен к первому входу блока 11 выбора верхнего уровня ( ограничения дифферента, второй вход ,которого предназначен для подключения к шине сигналов об изменении градиента измеряемого гидрофизического параметра, выход блока 11 подключен к первому входу блока 12 формирования диапазона ограничения дифферента, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока 7, второй вход блока 12 подключен к выходу блока 13 выбора нижнего уровня ограничения, первый вход которого предназначен для подключения к шине сигналов заданной величины градиента измеряемого параметра, а второй — к выходу задатчика 9 натяжения кабельтроса.

Сигналы, пропорциональные значениям заданного и текущего градиентов измеряемого гидрофизического пара35 метра, формируются в измерительном блоке 14, установленном на борту буксируемого аппарата ° который непосредственно в состав устройства для управления не входит. Измерительный блок 14 состоит из датчика 15 измеряемого гидрофизического параметра, блока 16 определения градиента измеряемого гидрофизического параметра, задатчика 17 градиента измеряемого гидрофиэического параметра и сумматора 18.

Блок 11 выбора верхнего и блок 13. выбора нижнего уровня ограничения дифферента (фиг. 2) выполнены на опе-59 рационном усилителе 19 с резисторами 20, 21, выход которого через разделительные 22, 23 диоды подключен к управляющим входам разнополярных ключей 24, 25, выходы которых объеди- 55 иены и являются выходом блока, а входами — объединенные входы компаратора и ключей. Блок 12 формирования

259 4 диапазона ограничения дифферента (фиг. 2) содержит последовательно соединенные первый 26 инвертор, выполненный на операционном усилителе

27 с резисторами 28-30, сумматор 31, выполненный на операционном усилителе 32 с резисторами 33-36, и второй инвертор 37, выполненный аналогично первому инвертору 26.

Устройство работает следующим образом.

Перемещение БА в вертикальной плоскости эа кораблем.-буксировщиком обеспечивается изменением величины гидродинамической силы, создаваемой горизонтальными рулями аппарата, перекладка которых происходит в соответствии с сигналом рассогласования между заданным и текущим значениями глубин, поступающих с выходов эадатчика 2 и датчика 1 глубины, в сторону, соответствующую уменьшению этого рассогласования по алгоритму о () K V-K Ч, (q) о где Р— скорость перекладки горизонтального руля, У ° У Ч

И вЂ” значение заданной и

z текущей глубины, дифферента и угловой скорости БА соответственно;

К„, К, К5- постоянные коэффици-. енты.

По разности ЬУ = У3 — У. в первом сумматоре 6 вырабатывается сигнал, соответствующий требуемому углу дифферента БА U, поступающий в качестве заданного значения с ввода блока 7 ограничения дифферента на первый вход блока 5 управления горизонтальными рулями, где он сравнивается с сигналами, поступающими с датчиков 3 и 4. В соответствии с величиной рассогласования Ч и Ч в блоке 5 управления вырабатываются сигналы на поворот руля. БА отрабатыва- ет заданное значение угла дифферента Ч = Чз, и тем самым создается заглубляющая гидродинамическая сила, обеспечивающая перемещение БА по глубине и его стабилизацию нв заданной глубине.

При больших рассогласованиях ЬУ блок 7 ограничения дифферента производит ограничение заданного зна11242

3 чения дифферента БА V с Ч „. Тем самым ограничивается угол атаки и угол наклона траектории, т.е. гидродинамическая сила, развиваемая ВА, и скорость его заглубления .

Следовательно, уменьшается величина натяжения буксирного троса, которая пропорциональна квадрату скорости БА и углу атаки БА, определяющего величину коэффициента гидродинамической силы.

Формирование величины Ч „ происходит следующим образом.

С выходом задатчиков 17 и 9 сигналы, пропорциональные допустимым значениям градиента измеряемого гидрофизического параметра (задатчик 17 градиента измеряемого гидрофизического параметра входит в состав измерительного блока 14) и натяжения используемого кабель-троса, поступают соответстенно на первый и второй входы блока 13 выбора нижнего уровня ограничения дифферента, На выходе блока l3 устанавливается наименьший из поступивших на его входы сигналов. Наличие данного блока связано с необходимостью автоматически выбирать наименьший уровень ограничения дифферента либо по допустимому натяжению используемого кабель-троса, либо по допустимому уровню .инерционности используемого датчика, так как указанные величины в общем случае могут меняться в широ35 ких пределах (использование различных типов кабель-тросов, имеющих различную величину допустимых нагру-. зок, старение кабель-троса в процессе эксплуатации и, как следствие, снижение этих допусков, использование различных датчиков, имеющих различные постоянные времени и др.).

С выхода блока 13 наименьший из входных сигналJIQB поступает на второй вход блока 12 формирования диапазона ограничения дифферента, где формируются верхняя 7+ „ и нижняя

Чюд„ граница ограничения дифферента БА, поступающие соответственно на второй и третий входы блока 7

50 ограничения дифферента.

Установившаяся величина ограничения дифферента БА в процессе проведения исследований может изменяться при изменении либо условий букси- 55 ровки (изменении скорости движения судна-буксировщика), либо текущих градиентов измеряемого гидрофизического параметра. Формирование сигналов, пропорциональных этим изменениям, осуществляется следующим образом. На первый вход блока 11 выбора верхнего уровня ограничения с выхода второго сумматора 10 поступает сигнал, пропорциональный разности сигналов заданного и текущего значений натяжения кабель-троса, поступающих соответственно с задатчика 9 и датчика 8 натяжения кабельтроса на первый и второй входы второго сумматора !О.

На второй вход блока 11 поступает сигнал, пропорциональный разности заданного и текущего-значений градиента измеряемого гидрофизического параметра, сформированного измерительным блоком 14, который не входит в состав устройства для управления подводным буксируемым аппаратом.

На выходе блока 11 устанавливается наибольший из входных сигналов, который поступает на первый вход блока 12 формирования диапазона ограничения дифферента .

Следовательно, величина выставленного уровня ограничения дифферента (второй вход блока 12 формирования диапазона ограничения дифферента) в процессе буксировки будет постоянно корректироваться . Коррекция осуществляется изменением в процессе проведения исследований сигнала, поступающего на первый вход блока l2. Например, при увеличении скорости буксировки возрастет натяжение на кабель-трос. что приведет к росту сигнала на перйом входе блока 12, и, следовательно, к уменьшению зоны допустимых значений дифферента (первый и второй выходы блока 12), и наоборот, при уменьшении скорости буксировки зоны увеличатся, а следовательно, появится возможность маневрирования БА с большей вертикальной скоростью без опасности обрыва кабель-троса. Аналогично, при движении БА из зоны максимальных градиентов в зону малых градиентов измеряемого гидрофизического элемента величины сигнала на первом входе блока 12 уменьшится, что повлечет за собой увеличение зоны допустимых значений дифферента БА, что позволит проводить сканирование аппарата с более высокой вертикальной скоростью. а следовательно, уменьшится время на сбор информации в этом районе. И, наоборот, при попадании БА в зону, более высоких градиентов автоматически увеличится величина сигнала на первом входе блока 12, что повлечет уменьшение зоны допустимых значений дифферента БА, а следовательно, и вертикальной скорости сканирования аппарата, что обеспечит неискаженное считывание гидрофиэической, информации в этих зонах.

Таким образом, применение изобретения позволяет автоматически изменять диапазон ограничения дифферента в зависимости от условий буксировки (текущего натяжения кабельтроса). Движение БА при этом осуществляется с максимально допустимой вертикальной скоростью, опреде124259

t ляемой допустимым натяжением на ка бель-трос, независимо от скорости движения судна-буксировщика. Кроме того, изобретение обеспечивает автоматическое управление диапазоном ограничения дифферента, а как следствие — скоростью движения (заглуб- ления БА в зависимости от изменения текущих значений градиентов иссле10 дуемых гидрофизических полей. Благодаря этому происходит неискаженное считывание гидрофиэической информации, причем скорость считывания информации есть величина пбсто15 янная, определяемая инерционностью используемого датчика гидрофизического параметра, и не зависит от величины текущего значения градиента измеряемого гидрофизического парамет20 ра.

112ч259

ВНИИПИ Заказ 8278/36; Тираж 84 1 Подписное