Устройство для определения положения судна

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к устройствам для определения положения судна. Цель изобретения - повышение точности выбора и оптимизации курса и скорости судна при штормовании. Цель достигается тем, что устройство для определения положения судна, содержащее гирокомпас 1, датчики 2 крена и дифферента, датчики 3 направления и скорости ветра, связанные с аналого-цифровым преобразователем 11, блок 12 обработки информации, блок 14 сигнализации, блок 13 сравнения и блок 17 памяти, снабжено блоком 10 сбора данных, блоком 15 штормования, моделирующим процессором 18, панелью 16 управления и ввода данных, связанной с блоком 17 памяти, датчиком 4 осадки судна носом и кормой, датчиком 5 слеминга, датчиком 6 частоты обнажения винта, датчиком 7 заливаемости, датчиком 8 напряжения корпуса, датчиком 9 скорости судна, при этом гирокомпас и указанные датчики соединены с соответствующими им входами блока 10 сбора данных, выход которого последовательно соединен с аналого-цифровым преобразователем 11 и с входом блока 12 обработки информации, один из выходов которого соединен через блок 13 сравнения с блоком 14 сигнализации, выполненным с устройствами индикации и регистрации. Другой выход блока 12 обработки информации соединен с одними из входов блока 15 штормования, причем другой вход блока 15 штормования связан с панелью 16 управления и ввода данных через блок 17 памяти, один выход блока 15 штормования соединен с блоком 14 сигнализации, а другой выход блока 15 штормования соединен с входом моделирующего процессора 18, который одним своим выходом соединен с блоком 13 сравнения, а другим - с блоком 14 сигнализации. Устройство работает в двух взаимосвязанных режимах: определения момента начала штормования и штормования. В первом режиме показания датчиков сравниваются с их допустимыми значениями, которые вводятся в блок 17 памяти с панели 16 управления и ввода данных. Сравнение производится в блоке 15 штормования. Если текущие значения хотя бы одного из контролируемых параметров превышают допустимые, то вырабатывается предупредительный сигнал. Во втором режиме выбираются оптимальный курс и скорость судна при штормовании, переход в который осуществляется по команде оператора с панели 16 управления и ввода данных. По этому сигналу информация от всех датчиков поступает в блок 15 штормования, куда дополнительно поступают навигационные и другие ограничения. В блоке 15 штормования на основе математической модели судна по полученной информации выбирается оптимальный режим штормования - скорость и курс судна. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!1) д1) 4 В 63 Н 25/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

По ИЗОТ ЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2i ) 4349154/40-11 (22) 27.11.87 (46) 30.12.89. Бюл. К-" 48 (72) И.В.Горюнов, С.В.Белов, А.А.Тер-Захарьякц и О.С.Шатохина (53) 629.72.014.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1020311, кл. В 63 Н 25/04, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СУДНА (57) Изобретение относится к судостроению, а именно к устройствам для определения положения судна. Цель изобретения — повышение точности выбора и оптимизации курса и скорости судна при штормовакии. Цель достигается тем, что устройство для определения положения судна, содержащее гирокомпас, датчики крена и дифферента, датчики направления и скорости ветра, связанные с аналого-цифровым преобразователем, блок обработки информации, блок сигнализации, блок сравнения и блок памяти, снабжено блоком сбора данных, блоком штормования, моделирующим процессором, панелью управления и ввода данных, связанной с блоком памяти, датчиком осадки судка носом и кормой, датчиком слеминга, датчиком частоты обнажения винта, датчиком заливаемости, датчиком напряжения корпуса, датчиком скорости судна, при этом гирокомпас и указанные датчики соединены с соответствующими им входами блока сбора данных, выход которого последовательно соединен с аналого-цифровым преобразователем и с входом блока обработки информации, один из вы2 ходов которого соединен через блок сравнения с блоком сигнализации, выполненнъ м с устройствами индикации и регистрации. Другой выход блока обработки информации соединен с одними иэ входов блока штормоваиия, причем другой вход блока штормования связан с панелью управления и ввода данных через блок памяти, один выход блока штормования соединен с блоком сигнализации, а другой выход блока штормовакия соединен с входом моделирующего процессора, который одним выходом соединен с блоком сравнения, а другим — с блоком сигкализации.

Устройство работает в двух взаимосвязанных режимах: определения момента начала штормования и штормования. В первом режиме показания датчиков сравниваются с их допустимыми значениями, которые вводятся в блок памяти с панели управления и ввода данных. Сравнение производится в блоке штормования. Если текущие значения хотя бы одного из контролируемых параметров превышают допустимые, то вырабатывается предупредительный сигнал. Во втором режиме выбираются оптимальный курс и скорость судна при нтормовании, переход в который осуществляется по команде оператора с панели управления и ввода данных. По этому сигналу информация от всех датчиков поступает в блок штормования, куда дополнительно поступают навигационные и другие ограничения. В блоке штормования на основе математической модели судна по полученной информации выбирается оптимальный режим штормования — екорость и курс судка. 4 ил.

1532432

Изобретение относится к судостроению,.а именно к устройствам для определения положения судна.

Цель изобретения — повышение точ-! 5 ,ности выбора и оптимизации курса и скорости судна при штормовании.

На фиг.1 показана блок-схема устройства для определения положения судна; на фиг.2 — блок обработки ин,формации; на фиг.3 " блок штормова ния; на фиг.4 — схема размещения датчиков на судне °

Устройство для определения положения судна содержит гирокомпас 1, дат- 15 чики 2 крена и дифферента, датчики 3 направления и скорости ветра, датчики 4 осадки судна носом и кормой, датчик 5 слеминга, датчик б частоты обнажения винта, датчик 7 заливаемос- 20 ти, датчик 8 напряжения корпуса, датчик 9 скорости судна, соединенные с соответствующими им .входами блока 10 сбора данных. Выход последнего ,последовательно соединен с аналогоцифровым преобразователем 11 и с входом блока 12 обрабоки информации, один из выходов которого соединен через блок 13 сравнения с блоком 14 сигнализации, выполненным с устройствами индикации и регистрации. Другой вы,ход блока 12 обработки информации .соединен с одним из входов блока 15

| ,,штормования, причем другои вход блока и . 15 штормования связан с панелью 16 управления и ввода данных через блок

17 памяти. Один выход блока 15 штор,.мования соединен с блоком 14 сигнали зации, а другой — с входом моделирующего процессора l8 который одним выходом соединен с блоком 13 сравнения, а другим — с блоком 14 сигнализации.

Устройство работает в двух взаимосвязанных режимах: определения момента начала штормования и штормонания (определения оптимального курса и . скорости судна с учетом ограничений и внешних условий).

В первом режиме по показаниям датчиков оценивается необходимость перехода к режиму штормования — из50 менению курса и скорости судна. Для этой цели с панели 16 управления и ввода данных в блок 17 памяти заносятся допустимые значения контролируемых параметров (устойчивость, водоизмещение, прочность, частота обна.жений винта, заливаемость палубы, слеминг), которые затем подаются н блок 15 штормования. В последнем текущие значения контролируемых параметров, поступающих от датчиков

2 4-8 через блок 10 сбора данных, аналого-цифроной преобразователь

11 и блок 12 обработки информации, сраннинаются с их допустимыми значениями. Если текущие значения хотя бы одного из контролируемых параметров превышают допустимые, то блок

15 штормования вырабатывает предупредительный сигнал необходимости перехода к режиму штормования и передает его на блок 14 сигнализации, где вырабатывается предупредительная (световая и звуковая) сигнализация, а также индицируются и регистрируются значения всех контролируемых параметров.

Во втором режиме выбираются оптимальный курс и скорость судна при штормовании. Для перехода к этому режиму оператор с панели 16 управления и ввода данных подает сигнал

"Режим штормонания". По этому сигналу вся текущая информация о состоянии судна и внешних условий с датчиков 1,2-9 через блок l0 сбора данных, аналого-цифровой преобразователь 11 и блок 12 обработки информации поступает н блок 15 штормования, куда дополнительно поступают с панели 16 управления и ввода данных через блок 17 памяти навигационные и другие ограничения. Внешние условия запоминаются в регистрах памяти блока

15 штормования. В последнем на основе математической модели судна по полученной информации выбирается оптимальный режим штормования (скорость и курс судна). Выбранные оптимальные значения курса и скорости вместе с предлагаемыми параметрами состояния судна (прочность корпуса, устойчивость, водоизмещение, заливаемость, слеминг, обнажение винта) подаются на блок 14 сигнализации, на моделирующий процессор 18. Последний на основе поступившей информации и математической модели судна моделирует н динамике процесс перехода к оптимальному штормованию: определяет порядок изменения курса и скорости, а также оценивает безопасность процесса перехода. После этого он вырабатывает рекомендации по обеспечению перехода и оптимальному штормованию и передает их на блок .14 сигнализа1532432 мает вид:

4 (Ххх + Ъ ) о (Т )2.. Р о.

Т,=2)т

50 где Т

D хх ции на отображение. Затем реально осуществляется процесс перехода к режиму оптимального штормования. При этом фактическая информация о состоянии судна, получаемая в блоке 12 обработки информации, подается на блок

13 сравнения, куда также поступают результаты прогноза ситуации с моделирующего процессора 18. В блоке 13 сравнения текущие значения параметров судна сравниваются с полученными в результате моделирования. В соответствии с импульсами тактового генератора 20 информация последовательно передается в каналы обработки. В первом канале информация об осадке носом и кормой поступает на сглаживающий фильтр 21, затем на блок 22 вычитания, где определяется дифферент судна и на блок 23 вычисления текущего водоизмещения. !1а вход второго канала обработки поступают данные о бортовой и килевой качке с датчиков

2 крена и дифферента. Эти данные подвергаются осреднению на сглаживающем фильтре 24. С помощью дифференцирующих устройств.25 и 26,определяются скорость и ускорение бортовой и килевой качки. Полученные значения углов, скорости и ускорения качки подаются на блок 27 оценки постоянной С методом наименьших квадратов. Параллельно углы бортовой и килевой качки подаются на коррелятор 28 на линиях задержки во времени, где определяются периоды бортовой и килевой качки.

Данные о периоде бортовой качки и постоянная С из блока 27 подается в блок 29 вычисления метацентрической высоты. Блок 27 расчета постоянной

С и блок 29 расчета метацентрической высоты функционируют по следующему алгоритму. Метацентрическая высота определяется на основании зависимос- ти для периода колебаний судна на тихой воде: период собственных бортовых колебаний, определяемый в корреляторе 28 на линиях задержки," текущее водоизмещение судна; поперечный момент инерции относительно продольной оси; присоединенный момент инерции.

Таким образом, формула для вычисления метацентрической высоты приниВеличина I„„+ Я += С находится путем несложных преобразований на основе метода наименьших квадратов из уравнения свободных колебаний судна на тихой воде: где A оценивается на основании модельных или натурных экспериментов рассматривается как постоянная для данного судна и вводится в блок 27 расчета постоянной С.

Период килевой качки подается в счетчик 30 количества ударов днища о воду и в счетчик 31 количества обнажений винта, на второй вход счетчика 30 количества ударов днища о воду подается через блок 19 коммутации информация с датчика 5 слеминга, а на второй вход счетчика 31 количества обнажений винта — с датчика б частоты обнажений винта. Полученная информация (дифферент судна, водоиэ» мещение, углы, скорость и ускорение бортовой и килевой качки, период бортовой качки, количество ударов днища о воду, количество обнажений винта) подается на вход блока 15 штормования.Кроме того, на вход последнего по шине данных блока 12 обработки информации поступает информация о курсе и скорости судна, внешних условиях и параметры заливаемости.

Информация с блока 12 обработки информации поступает также на вход блока 13 сравнения. Информация поступает с выхода блока 24 сглаживающего фильтра дифференцирующего устройства 26.Таким образом, в блоке 13 сравнения анализируются текущие эначения углов и ускорений бортовой качки путем сравнения с соответствующими параметрами, полученными на основ е моделиров ания.

Блок 15 штормования работает следующим образом.

С выхода блока 1! обработки данных информация поступает на блок 32 коммутации, с которого в соответствии с импульсами, подаваемыми с так 1532432 тавого генератора 33, она поступает в каналы предварительной обработки блока 15 штормования. Информация (водоизмещение, остойчивость, углы, сИорость, ускорение бортовой и килевой качки, периоды бортовой и килевой к чки, количество ударов днища о воду. к личество обнажений винта, заливае ость), с помощью которой определя- 10 е ся момент расхода к штормованию, п следовательно подается в блок 34 с авнения, на второй вход которого п даются из блока 17 памяти величин, характеризующие допустимые знач ния этих параметров. После обнаруж ния превышения хотя бы по одному н параметров допустимого значения в м кропроцессор 35 поступает сигнал о переходе системы во второй режим 2р ф нкционирования.

На основе данных о внешних услов х, текущих курсе и скорости судн, ограничений, поступающих из блок 17 памяти, и модели поведения 75 с дна, в микропроцессоре 35 вырабатываются оптимальные значения курса и скорости, при которых контролируемые параметры окажутся не пре! в осходящими допустимые и подаются 30 а отображение в блок 14 сигнализаи. Кроме того, в блок 14 сигналиации и моделирующий процессор 18 оступают имеющиеся данные о харакеристиках судна и внешней среде. а основе этой информации судоводитель принимает решение об изменении птурса и скорости судна н с панели 16 фвода данных подает сигнал через блок l7 памяти в микропроцессор 35 пере- О хода системы к контролю за процессом перехода судна на новый курс и/или скорость.

Контроль за изменением параметров внешней среды осуществляется следую«цим образом.

Начальные значения параметров внешней среды, соответствующие моМенту перехода к режиму штормования, подаются из микропроцессора 35 в регистр 36 памяти. Затем через определенные промежутки времени текущие параметры подаются на блок 37 вычитания, на второй вход которого поступает информация из регистров 36.

Полученная разность поступает в блок

38 сравнения, где сравнивается с допустимыми значениями изменения внешних условий, которыми можно пренебречь, Если внешние условия изменились значительно, то с блока 38 сравнения поступает в микропроцессор 35 сигнал о необходимости найти новые оптимальные значения курса и скорости. Если новые значения курса и скорости судна отличаются от начальных, система вырабатывает предупредительную сигнализацию н подает их на отображе-. ние в блок 14 сигнализации.

Поворот судна на рекомендованный курс в штормовых условиях занимает незначительный промежуток времени, о в среднем на 1 приходится 2-3 с, таким образом, поворот на 90 займет

3-4,5 мин. Поэтому прогнозировать все контролируемые параметры не представляется необходимым, так как текущие величины слеминга, остойчивости и количества обнажений винта не могут быть оценены с высокой точностью за такой короткий отрезок времени. Достаточно определить максимальные значения углов и ускорений бортовой качки судна,, которые возникают при переходе на новый курс.

Формула изобретения

Устройство для определения положения судна, содержащее гирокомпас, датчик крена и дифферента, датчики направления и скорости ветра, связанные с аналого-цифровым преобразователем, блок обработки информации, блок сигнализации, блок сравнения и блок памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности выбора и оптимизации курса и скорости судна прн штормовании, устройство снабжено блоком сбора данных, блоком штормования, моделирующим процессором, панелью управления и ввода данных, связанный с блоком памяти, датчиками осадки .судна носом и кормой, датчиком слеминга, датчиком частоты обнажения винта, датчиком заливаемости, датчиком напряжения корпуса, датчиком скорости судна, при этом гирокомпас н указанные датчики соединены с соответствующими им входами блока сбора данных, выход которого последовательно соединен с аналого-цифровым пресбразователем и с входом блока обработки информации, один иэ выходов ксторого соединен через блок сравнения с блоком сигнализации, выполненным с устройствами индикации и регистрации, а другой выход блока обработки информации — с одними из входов блока штормования, причем другой вход блока штормования связан с панелью управления и ввода данных через блок памяти, один выход блока штормования соединен с блоком

3532432

io сигнализации, а другой выход блока штормования соединен с входом моделирующего процессора, который одним выходом соединен с блоком срав5 нения, а другим - с блоком сигнализации.

Фиг. 2

1532432

Составитель А. Печерица

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

1 Редактор М.Петрова

Заказ 8056/29

Тираж 373

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101