Устройство для управления подводным аппаратом



Устройство для управления подводным аппаратом
Устройство для управления подводным аппаратом
Устройство для управления подводным аппаратом
Устройство для управления подводным аппаратом
Устройство для управления подводным аппаратом

 

B63H25 - Управление судами: уменьшение скорости хода, осуществляемое иными средствами, чем движители (использование подвижно установленных движителей для управления судном B63H 5/14; использование подвижно установленных забортных двигательно-движительных агрегатов B63H 20/00); динамическая постановка на якорь, т.е. расположение судов с помощью основных или вспомогательных движителей (постановка судов на якорь, кроме динамической, B63B 21/00; устройства для уменьшения килевой и бортовой качки или подобных нежелательных движений судов с помощью реактивных струй или гребных винтов B63B 39/08)

Владельцы патента RU 2412858:

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. Устройство для управления подводным аппаратом содержит движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, датчик угла поворота телекамеры, первый пороговый элемент, первый сумматор, первый источник опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, третий пороговый элемент, синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, первый усилитель, косинусный функциональный преобразователь, второй блок умножения, второй ключ, второй усилитель, датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, четвертый пороговый элемент, шестой ключ, датчик команд, первый блок деления, второй источник опорного сигнала, второй сумматор и седьмой ключ, третий источник опорного сигнала, третий сумматор, седьмой ключ, пятый пороговый элемент, восьмой ключ, первый многоуровневый релейный элемент, третий блок умножения и девятый ключ. Технический результат обеспечивает автоматическое уменьшение управляющих сигналов, подаваемых на подводный аппарат, при его приближении к обнаруженному объекту. 1 ил.

 

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов (ПА).

Известно также устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, подключенные соответственно к выходам первого и второго усилителей, телекамеру, установленную с возможностью поворота, блок управления движителями, а также последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, выход которого соединен с входом первого усилителя, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, второй блок умножения, второй ключ, выход которого соединен с входом второго усилителя, первый пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, последовательно соединенные источник опорного сигнала, первый сумматор, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент соединен с выходом сумматора, а выход - с управляющим входом второго ключа, причем вторые входы блоков умножения соединены с блоком управления движителями, а входы синусного и косинусного функциональных преобразователей, первого порогового элемента и второй вход первого сумматора - с выходом датчика угла поворота телекамеры, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент и четвертый ключ, последовательно соединенные первый блок деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к входу второго блока умножения и выходу второго источника опорного сигнала, второй сумматор и пятый ключ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления, а выход - со вторым входом четвертого ключа, третий вход которого соединен с выходом блока управления движителями, а выход - с первыми входами первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий сумматор, пятый пороговый элемент, шестой и седьмой ключи, причем первый и второй входы второго блока деления соединены соответственно со входом первого блока умножения и выходом третьего источника опорного сигнала, а второй вход второго сумматора - с выходом второго блока деления, вторые входы шестого и седьмого ключей соединены с выходом четвертого порогового элемента, а выход седьмого ключа - с первым входом четвертого ключа, прямой вход третьего сумматора соединен с выходом датчика команд, а инверсный вход третьего сумматора - с выходом пятого ключа (А.с. №1408704).

Недостатком этого устройства является то, что в процессе его работы ошибочно большие сигналы управления, формируемые оператором в отдельных режимах работы ПА вблизи от обнаруженных объектов, могут приводить к насыщению одного из движителей. В результате возможно появление отклонения ПА от требуемого прямолинейного движения к обнаруженному объекту.

Известно также устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные датчик угла поворота телекамеры и первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого источника опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, и первый усилитель, выход которого соединен со входом движителя вертикального перемещения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора, входу синусного функционального преобразователя и выходу датчика угла поворота телекамеры, второй блок умножения, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, и второй усилитель, выход которого соединен со входом движителя горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента, и шестой ключ, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, а также датчик команд и последовательно соединенные первый блок деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам косинусного функционального преобразователя и второго источника опорного сигнала, второй сумматор и седьмой ключ, второй вход которого соединен с выходом первого блока деления, а третий - со вторым входом второго сумматора и выходом второго блока деления, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего источника опорного сигнала и выходом синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом седьмого ключа и вторым входом шестого ключа, а второй вход - с выходом датчика команд, и пятый пороговый элемент, выход которого подключен ко второму входу четвертого ключа, а также восьмой ключ, первый вход которого подключен к выходу датчика команд, второй - к выходу пятого порогового элемента, а выход - к третьему входу шестого ключа (Патент РФ №2364545, Бюл. №23, 2009 г.).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению.

Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет управлять ПА при его автоматическом движении по прямолинейной траектории только при относительно большом расстоянии от обнаруженного объекта. При уменьшении этого расстояния появляется опасность несанкционированного столкновения ПА с этим объектом как при автоматическом, так и при ручном режимах управлении.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является устранение указанного выше недостатка. То есть обеспечение автоматического понижения скорости прямолинейного движения ПА при приближении к обнаруженному объекту как в автоматическом, так и в ручном режимах управлении и полной блокировки сигналов управления, которые могут привести к столкновению ПА с указанным объектом.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого решения, выражается в автоматическом уменьшении управляющих сигналов, подаваемых на ПА, при его приближении к объекту.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные датчик угла поворота телекамеры и первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого источника опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, и первый усилитель, выход которого соединен со входом движителя вертикального перемещения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора, входу синусного функционального преобразователя и выходу датчика угла поворота телекамеры, второй блок умножения, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, и второй усилитель, выход которого соединен со входом движителя горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента, и шестой ключ, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, а также датчик команд и последовательно соединенные первый блок деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам косинусного функционального преобразователя и второго источника опорного сигнала, второй сумматор и седьмой ключ, второй вход которого соединен с выходом первого блока деления, а третий - со вторым входом второго сумматора и выходом второго блока деления, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего источника опорного сигнала и выходом синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика команд, пятый пороговый элемент и восьмой ключ, второй вход которого подключен к выходу датчика команд, а выход - к третьему входу шестого ключа, причем выход пятого порогового элемента соединен со вторым входом четвертого ключа, дополнительно введены последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент, вход которого подключен к выходу третьего ключа, третий блок умножения, и девятый ключ, второй вход которого соединен с выходом седьмого ключа и вторым входом третьего блока умножения, а выход - со вторыми входами третьего сумматора и шестого ключа.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с его аналогом и прототипом свидетельствует о его соответствии критерию «Новизна».

Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет автоматически понижать скорость движения ПА при его приближении к обнаруженным объектам в автоматическом или ручном режимах, устраняя опасность их столкновения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления ПА.

Устройство для управления подводным аппаратом содержит движители вертикального 1 и горизонтального 2 перемещений, телекамеру 3, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные датчик 4 угла поворота телекамеры 3 и первый пороговый элемент 5, последовательно соединенные первый сумматор 6, первый вход которого подключен к выходу первого источника 7 опорного сигнала, второй пороговый элемент 8, логический элемент 9 НЕ и логический элемент 10 ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент 11 подключен к выходу первого сумматора 6, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь 12, первый блок 13 умножения, первый ключ 14, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента 5, и первый усилитель 15, выход которого соединен со входом движителя 1 вертикального перемещения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь 16, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора 6, входу синусного функционального преобразователя 12 и выходу датчика 4 угла поворота телекамеры 3, второй блок 17 умножения, второй ключ 18, второй вход которого подключен к выходу логического элемента 10 ИЛИ, и второй усилитель 19, выход которого соединен со входом движителя 2 горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик 20 расстояния, третий ключ 21, четвертый пороговый элемент 22, четвертый ключ 23, пятый ключ 24, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента 22, и шестой ключ 25, выход которого подключен ко вторым входам первого 13 и второго 17 блоков умножения, а также датчик 26 команд и последовательно соединенные первый блок 27 деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам косинусного функционального преобразователя 16 и второго источника 28 опорного сигнала, второй сумматор 29 и седьмой ключ 30, второй вход которого соединен с выходом первого блока 27 деления, а третий - со вторым входом второго сумматора 29 и выходом второго блока 31 деления, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего источника 32 опорного сигнала и выходом синусного функционального преобразователя 12, последовательно соединенные третий сумматор 33, первый вход которого соединен с выходом датчика 26 команд, пятый пороговый элемент 34 и восьмой ключ 35, второй вход которого подключен к выходу датчика 26 команд, а выход - к третьему входу шестого ключа 25, причем выход пятого порогового элемента 34 соединен со вторым входом четвертого ключа 23, последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент 36, вход которого подключен к выходу третьего ключа 21, третий блок 37 умножения, и девятый ключ 38, второй вход которого соединен с выходом седьмого ключа 30 и вторым входом третьего блока 37 умножения, а выход - со вторыми входами третьего сумматора 33 и шестого ключа 25. Обнаруженный объект 39.

Основной задачей системы управления ПА является обеспечение минимального времени его подхода к обнаруженному объекту 39 без столкновения с ним и уменьшение вероятности столкновения с другими объектами, пересекающими траекторию движения ПА. Исходя из этой задачи, целесообразно иметь прямолинейное движение ПА к цели с максимальной скоростью, но на достаточно больших расстояниях от объекта 39. Причем только при непосредственном подходе к объекту эта скорость должна уменьшаться.

Устройство работает следующим образом.

Датчик положения 4 измеряет текущий угол наклона телекамеры к горизонтальной плоскости (угол α). В результате однозначно определяется направление прямолинейного движения ПА к объекту 39. Для того чтобы ПА осуществил это прямолинейное движение необходимо, чтобы в единицу времени он перемещался в вертикальном направлении на расстояние, пропорциональное sin α, a в горизонтальном - на расстояние, пропорциональное cos α. То есть движители 1 и 2 должны создавать тяги, пропорциональные соответственно sin α, cos α. Если используются винтовые движители, то скорости вращения их винтов также должны быть пропорциональны соответственно sin α и cos α.

Функциональные зависимости sinα и cosα формируются

соответственно на выходах синусного 12 и косинусного 16 функциональных преобразователей.

На выходе блоков 13 и 17 формируются соответственно сигналы Uysin α и Uycos α. Сигнал управления Uy определяет скорость перемещения ПА по прямолинейной траектории к обнаруженному объекту 39. Он формируется или автоматически, или оператором с помощью датчика 26 команд, который представляет собой рукоятку с потенциометром или просто потенциометры различных типов. Если ключи 14 и 18 замкнуты, то на движители 1 и 2, соответственно, поступают сигналы UB=KBUysin α, UГ=KГUycos α, где KB, KГ - коэффициенты усиления усилителей 15 и 19, соответственно, которые выбираются в зависимости от гидродинамических свойств ПА. Создаваемая движителями 1 и 2 тяга пропорциональна величине подаваемого на эти движители сигналов UB и UГ, которые имеют ограничения. Эта тяга обеспечивает

прямолинейное перемещение ПА к обнаруженному объекту 39.

Предложенное устройство обеспечивает качественное управление ПА и при наличии подводных течений. В этом случае оператор должен постоянно удерживать обнаруженный объект 39 в поле зрения телекамеры, изменяя угол α. При этом движители, соответственно уменьшив или увеличив свои тяги, автоматически обеспечивают сближение ПА с объектом 39. Однако, если течение значительно (например, встречное течение), то аппарат прижимается к грунту. Если рельеф дна содержит существенные неровности, то возможны или потеря объекта 39 из виду, или столкновение аппарата с этими неровностями, т.е. при встречном течении α приближается к нулю.

Для того чтобы избежать подобной ситуации, необходимо отключить движитель 1 вертикальной тяги при некотором критическом (минимально допустимом) значении угла α. Отключение движителя 1 обеспечивается с помощью порогового элемента 5 с характеристикой

где U5вых, U5вх - соответственно, выходной и входной сигналы этого элемента; U5ср>0 - величина срабатывания пороговый элемент (она определяется рельефом и свойствами ПА, характером выполняемых работ и др.).

Таким образом, если угол α достигает своего критического значения, то пороговый элемент 5 размыкает ключ 14. Движитель вертикального перемещения 1 останавливается, а встречное течение отрабатывается только движителем 2. При этом ПА приближается к объекту по горизонтали. Так как телекамера 3 продолжает слежение за объектом, а расстояние между объектом и ПА сокращается, то через некоторое время угол α опять становится больше критического, срабатывает пороговый элемент 5, включая ключ 14 и вновь запуская движитель 1. Это продолжается до подхода ПА к объекту 39.

При попутном течении возникает ситуация, когда ПА может проскочить объект, проходя над ним на некоторой высоте, так как в предлагаемом методе управления ПА в определенный момент сближения с объектом находится в положении, когда угол α близок к 90, оставаясь меньше 90°.

В этом случае и течение, и движитель 2 способствуют увеличению угла α. Если при приближении угла α к 90° не отключить движитель 2, то ПА проскакивает объект на большой скорости и для его возвращения требуется значительное время. Для исключения подобной ситуации используют источник опорного сигнала 7, вырабатывающий напряжение, равное выходному сигналу датчика положения 4 при α=90° и совпадающее с ним по знаку. Пороговые элементы 8 и 10 имеют, соответственно, характеристики

где Uiвых, Uiвх - выходные и входной сигналы соответствующих пороговых элементов (i=8,11); U8c<0 - значение входного сигнала, при котором срабатывает пороговый элемент 8.

Выходные сигналы элементов НЕ 9 и ИЛИ 10 определяются

соотношениями

В результате движитель 2 принудительно будет всегда останавливаться при выполнении условия U8c≤U8вх≤0 до того, как ПА проскочит объект. Последнее следует из того, что элементы 8-10 с помощью ключа 18 размыкают цепь питания движителя 2 при приближении угла α к 90°. Величина U8c определяется заранее и зависит от скорости течения, гидродинамических свойств ПА, характера выполненных работ и т.п.

После отключения движителя 2 движение к объекту 39 происходит только под действием движителя 1 по вертикали. Если в процессе приближения к объекту угол α уменьшается, то ключ 18 снова замыкается и тем самым запускается движитель 2. ПА опять начинает приближаться к объекту 39 по прямой до появления условия U8c≤U8вх≤0.

Если же после остановки движителя 2 течение смещает ПА по горизонтали так, что угол α становится больше 90°, то пороговый элемент 11 замыкает ключ 18, но движитель 2 уже создает упор в противоположную по отношению к течению сторону, не давая ПА сильно проскочить объект. Поскольку в данном случае до момента достижения α значения 90° движитель 2 отключен, то ПА в момент достижения величины 90° имеет незначительную горизонтальную составляющую скорости, в основном определяемую величиной попутного горизонтального течения. В результате ПА проскакивает объект с незначительной скоростью, которая быстро гасится реверсивным включением движителя 2 за счет сигнала противоположного знака от косинусного функционального преобразователя 16. Если движитель 2 смещает ПА так, что α станет меньше 90°, то опять размыкается цепь питания движителя 2. В данном случае горизонтальная составляющая скорости автоматически гасится уже встречным течением.

Сигналы, поступающие с выходов источников опорного сигнала 28 и 32, соответственно, равны и , где и - максимально возможные значения входных сигналов, соответственно, движителей 2 и 1, при которых еще не наступает их насыщение. В результате на выходах блоков деления 27 и 31 формируются сигналы , соответствующие допустимым максимальным значениям управляющих воздействий, при которых, соответственно, движители 2 и 1 еще не входят в насыщение при текущем значении угла α и поэтому обеспечивается прямолинейное перемещение к объекту 39. В результате для неизменного обеспечения прямолинейного перемещения к этому объекту при отсутствии подводных течений в качестве управляющего должно быть выбрано минимальное из двух вычисленных значений или .

Релейный элемент 36 имеет характеристику U36вых=1, если ПА находится на большом расстоянии от объекта 39 и U36вх>11; U36вых1<1, если ПА начинает приближаться к этому объекту и 11>U36вх>12; U36вых21, если ПА еще ближе подходит к объекту и 12>U36вх>13; U36выхii-1, если 1i>U36вх>1i+1 и т.д., где i=1, 2,…, n. Здесь n - любое заданное проектировщиком число; кi, 1i - любые действительные положительные числа, задаваемые проектировщиком ПА и зависящие от динамических свойств ПА и особенностей его взаимодействия с вязкой средой; 1i - расстояние от ПА до объекта 39, измеряемое датчиком 20.

На выходе сумматора 29 формируется сигнал, равный -. Если он положителен, то > и ключ 30 соединяет выход блока 31 через блок умножения 37 и замкнутый оператором ключ 38 со входом ключа 25. В результате на вторые входы блоков умножения 13 и 17 подается управляющий сигнал (предельно возможный для движителя 1 при текущем значении α, если ПА находится на большом расстоянии от объекта 39 и U36вх>11). Если же указанная разность отрицательна, то и ключ 30 обеспечивает подачу через блок умножения 37 и замкнутый оператором ключ 38 на вторые входы блоков умножения 13 и 17 управляющий сигнал (предельно возможный для движителя 2 при текущем α, если U36вх>11). При таком формировании Uy при отсутствии течений всегда будет обеспечиваться прямолинейное перемещение ПА к объекту 39 на большом расстоянии от него.

Поскольку с течением времени расстояние между объектом 39 и ПА уменьшается, а скорость его прямолинейного движения является максимально возможной, то без своевременного уменьшения этой скорости возможно столкновение ПА и объекта даже в случае отключения движителей, т.к. ПА будет продолжать движение по инерции. Поэтому при достижении расстояния 11 между указанным объектом и ПА скорость последнего должна быть автоматически уменьшена в к1 раз без схода ПА с прямолинейной траектории движения к объекту. Это удается сделать с помощью релейного элемента 36 и блока 37 умножения, на выходе которого формируется сигнал или Если ПА приближается к объекту 39 на расстояние 1i, то на выходе блока 37 умножения сигнал управления движителями уменьшается до величин или , обеспечивая автоматическое снижение скорости движения ПА по прямолинейной траектории в кi раз.

Очевидно, что в описанном алгоритме формирования управляющего сигнала датчик команд 26 (ручное управление) должен быть отключен. Отключение этого датчика обеспечивается с помощью ключа 25. Указанный автоматический алгоритм управления имеет место только при значительных расстояниях между ПА и объектом. Это расстояние измеряется с помощью датчика 20 и, если оно становится меньше некоторого наперед заданного значения, то срабатывает пороговый элемент 22 и ключ 25 соединяет вторые входы блоков умножения 13 и 17 с выходом датчика команд 26. В результате осуществляется переход на ручное управление вблизи объекта 39. Порог срабатывания элемента 22 выбирается заранее. Он зависит от пути торможения ПА, который в свою очередь определяется гидродинамическими свойствами этого аппарата и возможной скоростью его движения в автоматическом режиме.

Если в процессе приближения ПА к объекту независимо от расстояния между ними требуется использовать только ручное управление, то выход датчика 20 вручную отключается от входа порогового элемента 22 с помощью ключа 21. В результате, независимо от расстояния между ПА и объектом 39 выходной сигнал порогового элемента 22 равен нулю и ключ 24 соединит вторые входы блоков 13 и 14 с выходом датчика команд 26.

Если опять потребуется перейти на автоматическое управление, то ключ 21 замыкается. Однако, когда вокруг объекта 39 работают другие ПА, пересекающие траекторию движения рассматриваемого ПА, то может понадобиться маневрирование его скоростью. В этом случае автоматический режим движения ПА к объекту без оснащения его специальными средствами обнаружения других ПА и защиты от столкновения невозможен. В данной ситуации требуется непрерывное ручное управление. При этом если в зоне движения ПА не появляется посторонних движущих аппаратов, то движение к объекту 39 по-прежнему должно осуществляться по прямолинейной траектории и с максимальной скоростью. Причем эта скорость в любой момент времени оператором должна быть уменьшена, если на траектории движения или вблизи нее предполагается появление других ПА.

В данной ситуации ключ 24 вручную переключается оператором и соединяет выход ключа 23 с первым входом ключа 25. На выходе сумматора 33 формируется сигнал, равный разности между сигналом, вырабатываемым датчиком команд 26, и наименьшим из сигналов или . Если эта разность отрицательна, то ни один из двух движителей не входит в насыщение и сигнал управления, вырабатываемый оператором с помощью датчика команд 26, способен перемещать ПА по прямолинейной траектории к объекту. В этом случае ключ 23, на вход которого поступает нулевой сигнал с порогового элемента 34, размыкает цепь даже при значительном расстоянии до объекта 39 и на первый вход ключа 25 поступает нулевой управляющий сигнал, который отключает входы блоков умножения 13 и 17 от выхода ключа 38 и соединяет их с выходом ключа 35, через который проходит сигнал от датчика команд 26.

Если же выходной сигнал сумматора 33 становится положительным, то прямолинейное движение ПА к объекту под действием сигнала с выхода датчика 26 становится невозможным. В данной ситуации оператор пытается задать такую скорость движения ПА, которую тот неспособен отработать в процессе прямолинейного движения к объекту 39, т.к. произойдет насыщение одного из движителей. Допущенная оператором ошибка должна быть немедленно исправлена автоматической системой управления. При этом положительный сигнал с выхода сумматора 33 заставляет сработать пороговый элемент 34. В результате с помощью ключа 23 выход порогового элемента 22 соединяется с первым входом ключа 25. Поскольку большую скорость движения ПА оператор может задать только при значительном расстоянии до цели, то сигнал с выхода порогового элемента 22 не равен нулю. В результате ключ 25 автоматически отстраняет оператора от управления ПА и независимо от допущенной им ошибки, ПА продолжит движение к объекту в автоматическом режиме прямолинейно и с максимально возможной скоростью.

Если на пути движения ПА появятся другие объекты, то оператор уменьшает сигнал с выхода датчика команд 26. В результате сигнал с выхода сумматора 33 опять станет отрицательным, обнулится выход порогового элемента 34 и ключ 23 разомкнется. При этом ключ 25 опять подключит выход датчика 26 к входам блоков умножения 13 и 14, и ПА вновь подчинится команде оператора, переключаясь на ручное управление. Это ручное управление продолжится до тех пор, пока оператор не совершит очередную ошибку и не задаст с помощью датчика 26 не реализуемую при прямолинейном движении к объекту 39 скорость движения ПА. При новой ошибке оператора система опять переведет ПА на автоматическое управление. В результате ПА всегда будет двигаться к цели по наикратчайшей прямолинейной траектории независимо от действий оператора. Это экономит и затрачиваемую энергию на перемещения и сокращает время подхода ПА к обнаруженным объектам.

Если неожиданных препятствий на пути к цели не предвидится, то оператор может опять перейти на автоматическое управление ПА с максимально возможной скоростью прямолинейного движения, вручную соединив с помощью ключа 24 выход порогового элемента 22 со входом ключа 25.

Если расстояние от ПА до объекта 39 уменьшится до такой величины, при которой появится нулевой сигнал с выхода пороговый элемента 22, то через замкнутый ненулевым сигналом с выхода порогового элемента 34 ключ 23 во всех случаях переведет управление ПА на ручной режим от датчика 26 даже тогда, когда оператор выдает с помощью этого датчика недопустимо большой для прямолинейного движения ПА к объекту 39 сигнал (с учетом насыщения движителей). В этой ситуации для устранения ошибки оператора переход на автоматический режим работы (при малом расстоянии от ПА до объекта) уже невозможен. Поэтому ошибочно большой сигнал управления, вырабатываемый оператором с помощью датчика 26, с целью сохранения прямолинейного движения к объекту 39 не должен поступить на входы блоков умножения 13 и 14, а также движиителей 1 и 2. Отключение этого ошибочного сигнала осуществляется ключом 35, на управляющий вход которого подается ненулевой сигнал с порогового элемента 34. При этом все движители перестают работать до тех пер, пока управляющий сигнал, вырабатываемый датчиком 26, будет больше сигнала или .

В указанной ситуации ПА продолжит движение к объекту 39 только по инерции и с малой скоростью за счет предварительного уменьшения управляющих сигналов на величину ki, несмотря на недопустимо большие сигналы, вырабатываемые датчиком 26. Почувствовав торможение ПА, оператор должен понять свою ошибку, связанную с формированием большого сигнала управления и уменьшить его. Если этот управляющий сигнал станет меньше (или ), то на выходе сумматора 33 появится отрицательный сигнал, а на выходе порогового элемента 34 - нулевой сигнал, обеспечивающий замыкание ключа 35, который в свою очередь обеспечивает прохождение создаваемого оператором уменьшенного (допустимого) сигнала управления на входы блоков умножения 13, 17 и движителей 1, 2. В результате прямолинейное движение ПА к объекту будет продолжено с необходимой малой скоростью.

Если оператор захочет быстро уничтожить объект 39 на большой скорости прямолинейного движения ПА путем тарана, то он должен перевести ключ 38 в режим отключения от выхода блока 37 умножения и прямого соединения выхода ключа 30 со входами сумматора 33 и ключа 25.

Таким образом, предложенное устройство для управления ПА позволяет (в штатной ситуации) осуществить автоматический и ручной режимы управления сближением ПА с объектом 39 без столкновений, сохраняя прямолинейное движение ПА к этому объекту с максимально возможной скоростью.

Устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные датчик угла поворота телекамеры и первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого источника опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, и первый усилитель, выход которого соединен со входом движителя вертикального перемещения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора, входу синусного функционального преобразователя и выходу датчика угла поворота телекамеры, второй блок умножения, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ и второй усилитель, выход которого соединен со входом движителя горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента, и шестой ключ, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, а также датчик команд и последовательно соединенные первый блок деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам косинусного функционального преобразователя и второго источника опорного сигнала, второй сумматор и седьмой ключ, второй вход которого соединен с выходом первого блока деления, а третий - со вторым входом второго сумматора и выходом второго блока деления, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего источника опорного сигнала и выходом синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика команд, пятый пороговый элемент и восьмой ключ, второй вход которого подключен к выходу датчика команд, а выход - к третьему входу шестого ключа, причем выход пятого порогового элемента соединен со вторым входом четвертого ключа, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент, вход которого подключен к выходу третьего ключа, третий блок умножения и девятый ключ, второй вход которого соединен с выходом седьмого ключа и вторым входом третьего блока умножения, а выход - со вторыми входами третьего сумматора и шестого ключа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано в системах автоматического управления продольным движением судна. .

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для автоматического подхода судна к причалу. .

Изобретение относится к технике управления движением корабля. .

Изобретение относится к области судовождения и касается автоматического управления движением корабля без хода в вертикальной плоскости. .

Изобретение относится к области автоматического управления судами при их динамическом позиционировании в заданной точке мирового океана без постановки на якорь. .

Изобретение относится к области судовождения, в частности, к автоматическому управлению движением корабля. .

Изобретение относится к движительно-рулевым судовым устройствам. .

Изобретение относится к области судовождения. .

Изобретение относится к области судовождения и, в частности, к автоматическому управлению движением судна по заданному направлению с выявлением встречных объектов, с которыми возможно столкновение, и автоматическим расхождением с ними.

Изобретение относится к области судовождения, в частности к автоматическому управлению движением судна при расхождении со встречным объектом. .

Изобретение относится к автоматическому управлению движением корабля

Изобретение относится к водному транспорту, в частности к управлению движением швартующегося судна при выполнении им швартовной операции к судну партнеру

Изобретение относится к области автоматизации управления процессом проектирования законов управления и структуры систем управления судов и кораблей с использованием вычислительных средств

Изобретение относится к области судовожения

Изобретение относится к технике автоматического управления движением широкого класса судов

Изобретение относится к технике управления движением судов и может быть использовано, в частности, для обеспечения режимов плавания судов класса «река-море» в специфических условиях внутренних водных путей и прибрежных районов морей при управлении курсом и скоростью хода при прохождении узкостей и фарватеров с использованием вертикальных рулей (ВР) и пропульсивного комплекса (ПК), ограниченного навигационного комплекса в составе лага, указателей скорости поворота судна и приемоиндикаторов для определения местоположения судна

Изобретение относится к технике ручного управления движением корабля по курсу

Изобретение относится к области судостроения

Изобретение относится к оборудованию судов и может быть использовано в средствах активного управления движением судов, в том числе в подруливающих устройствах (ПУ)

Изобретение относится к оборудованию судов и может быть использовано в средствах активного управления движением судов, в том числе в подруливающих устройствах (ПУ)
Наверх