Способ управления движением судна

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением судна при осуществлении его выхода в условную точку в заданном направлении. При формировании сигнала отклонения от заданной траектории его подают вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной по курсу на вход исполнительного механизма руля. Дополнительно используют условную точку в заданном направлении и формируют два сигнала отклонения от заданной траектории, первый сигнал определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку П_ут и текущим значением курса К, второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку К_зд и текущим курсом судна К, а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу ω по формуле: σ=a₁(П_ут-К)+а₂ω+а₃(К_зд-К), где a₁, a₂, а₃ - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам, при этом достигается повышение точности выхода судна в условную точку в заданном направлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением судна при осуществлении его выхода в условную точку в заданном направлении.

Известны различные способы управления движением судна по заданной траектории, заключающиеся в формировании сигнала, пропорционального отклонению от заданной траектории, и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на вход исполнительного механизма руля (SU 1066896, B63H 25/24; SU 1102714, B63H 25/00; SU 1618700, B63H 25/00).

Недостатками этих способов являются:

- отсутствие возможности непрерывного контроля за положением судна на заданной траектории из-за неоднородности вида траектории (чередующиеся прямолинейные и криволинейные участки);

- использование довольно большого количества расчетных значений параметров для определения сигнала рассогласования по курсу и угловой скорости, а также по отклонению от заданной траектории, в результате чего существенно снижается точность удержания судна на заданной траектории, что неприемлемо при осуществлении выхода в условную точку в заданном направлении;

- исключена возможность достижения основной цели маневра - выхода в условную точку в заданном направлении при отсутствии фиксированного центра поворота в районе выполнения маневра.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления траекторией движения судна, заключающийся в формировании сигнала отклонения от заданной траектории и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на вход исполнительного механизма руля (Якушенков А.А. и др. Новые технические средства судовождения. - М.: Транспорт, 1973, с.205, 242). Способ обладает всеми недостатками, которые приведены выше.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении точности управления движением судна для выхода его в условную точку в заданном направлении.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе, заключающемся в формировании сигнала отклонения от заданной траектории, подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и производной по курсу на вход исполнительного механизма руля, дополнительно используют условную точку в заданном направлении, формируют два сигнала отклонения от заданной траектории, первый сигнал определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку (П_ут) и текущим значением курса судна (К), второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку (К_зд) и текущим значением курса судна (К), а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу (ω) по формуле:

σ=a₁(П_ут-К)+а₂ω+а₃(К_зд-К),

где а₁, a₂, а₃ - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.

Кроме того, в случае визуально не наблюдаемой условной точки в заданном направлении значение пеленга с судна на условную точку рассчитывают по формуле:

П_ут=arctg {[(λ_ут-λ)cosϕ]/(ϕ_ут-ϕ)},

где λ_ут, λ - долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;

ϕ_ут, ϕ - широта условной точки и широта места положения судна соответственно.

В качестве условной точки используют буй, швартовную бочку, погрузочное устройство и др.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного и являющегося наиболее близким являются использование дополнительно условной точки в заданном направлении, формирование двух сигналов, первый из которых определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку (П_ут) и текущим значением курса судна (К), второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку (К_зд) и текущим значением курса судна (К), а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу (ω) по формуле:

σ=a₁(П_ут-К)+а₂ω+а₃(К_зд-К),

где а₁, а₂, а₃ - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.

Кроме того, в случае визуально не наблюдаемой условной точки в заданном направлении значение пеленга с судна на условную точку рассчитывают по формуле:

П_ут=arctg{[(λ_ут-λ)cosϕ]/(ϕ_ут-ϕ)},

где λ_ут, λ - долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;

ϕ_ут, ϕ - широта условной точки и широта места положения судна соответственно.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1-4 изображены основные варианты возможных положений судна относительно условной точки при заданном направлении его выхода в нее, причем в данном случае К_зд=180°.

В процессе движения судна из исходного положения (1; 2; 3; 4), как показано на фиг.1-4, в условную точку (буй, швартовная бочка, погрузочное устройство и т.п.) непрерывно осуществляют измерения курса судна (К), пеленга на условную точку (П_ут) и угловой скорости поворота судна (ω) или, что то же самое, производной по курсу. Если условная точка является подводным объектом и не может быть наблюдаема визуально, значение пеленга П_ут рассчитывают по формуле:

П_ут=arctg{[(λ_ут-λ)cosϕ]/(ϕ_ут-ϕ)},

где λ_ут, λ - долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;

ϕ_ут, ϕ - широта условной точки и широта места положения судна соответственно.

При этом координаты условной точки, если она неподвижна, имеют постоянные значения, а координаты судна являются переменными параметрами и измеряют их в непрерывном режиме с использованием судового приемоиндикатора спутниковой навигационной системы (СНС) GPS или той же системы, но с использованием дифференциальных поправок DGPS, обладающей высокой точностью определения координат (±1,0 м).

Сигналы отклонения от заданной траектории (в данном случае их два) формируют следующим образом.

Величину и знак 1-го сигнала определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку П_ут и текущим значением курса судна К. Величину и знак 2-го сигнала определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна в условную точку К_зд и текущим курсом судна К.

Управление движением судна для выхода его в условную точку в заданном направлении предлагаемым способом реализуют подачей на вход исполнительного механизма руля комбинации сигналов (П_ут-К), ω, (К_зд-К).

Закон управления рулем судна реализуется в виде

где а₁, a₂, а₃ - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.

Угол перекладки руля α_r имеет знак, противоположный знаку величины, определяемой зависимостью (2), т.е.

В выражении (3) W - передаточная функция исполнительного механизма.

Предлагаемый способ управления движением судна для осуществления его выхода в условную точку в заданном направлении не исключает подвижности условной точки на плоскости, но для достижения цели рассматриваемого маневра в этом случае необходимо вводить ограничения в соотношения линейной скорости судна υ и линейной скорости движения условной точки υ_ут с учетом их взаимного расположения в момент начала сближения. Так, например, для выхода судна в подвижную условную точку в заданном направлении из исходных позиций 1, 2 (см. фиг.1, 2) необходимо, чтобы указанное соотношение скоростей удовлетворяло условию υ_ym/υ меньше 1,0.

В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - повышение точности выхода судна в условную точку в заданном направлении, таким образом, предлагаемый способ управления движением судна соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».

1. Способ управления движением судна, заключающийся в формировании сигнала отклонения от заданной траектории, подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной по курсу на вход исполнительного механизма руля, отличающийся тем, что дополнительно используют условную точку в заданном направлении, формируют два сигнала отклонения от заданной траектории, первый сигнал определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку (П_ут) и текущим значением курса (К), второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку (К_зд) и текущим курсом судна (К), а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу (ω) по формуле

σ=a₁(П_ут-К)+а₂ω+а₃(К_зд-К),

где a₁, a₂, а₃ - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае визуально не наблюдаемой условной точки в заданном направлении значение пеленга с судна на условную точку рассчитывают по формуле:

П_ут=arctg {[(λ_ут-λ)cosϕ]/(ϕ_ут-ϕ)},

где λ_ут, λ - долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;

ϕ_ут, ϕ - широта условной точки и широта места положения судна соответственно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве условной точки используют буй, швартовную бочку или погрузочное устройство.