Способ управления движением корабля с советчиком судоводителю



Способ управления движением корабля с советчиком судоводителю

 


Владельцы патента RU 2432296:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

Изобретение относится к технике ручного управления движением корабля по курсу. Способ управления движением корабля с советчиком судоводителю позволяет судоводителю при использовании советчика осуществлять эффективное ручное управление инерционным кораблем при появлении сбоя в системе автоматического управления. Это достигается благодаря формированию в ускоренном масштабе времени сигнала прогноза будущего состояния корабля по курсу. Для повышения точности прогноза при формировании сигнала прогнозированного значения курса исключается из сигнала угла перекладки руля среднее (балансировочное) значение угла перекладки руля. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения - ручному управлению движением корабля по курсу с советчиком судоводителю.

Известен способ управления движением речного судна с использованием советчика судоводителю (в качестве советчика используется шкальный индикатор угловой скорости судна). Судоводитель, учитывая текущую угловую скорость судна (по индикатору угловой скорости) и текущий курс судна, определяет будущее направление движения судна, на которое оно выйдет, если с данного момента времени он вручную начнет сдерживание судна. Этот же способ управления с использованием устройства прогнозирования будущего направления движения морского корабля (патент России №2189624, Авт. св. СССР, заявка №5051561), позволяет определять момент времени, когда судоводителю следует начинать процесс сдерживания для выхода корабля на прогнозируемое советчиком направление движения.

Известен способ прогнозирования с использованием задатчика курса (Авт. св. СССР №610721, принятый нами в качестве прототипа), который включает блоки: измеритель угла курса и угловой скорости, вычислитель, индикатор и исполнительные устройства. Рассматриваемый способ ручного управления движением корабля с использованием советчика судоводителю облегчает процесс ручного управления переходом корабля (сдерживания) на новое направление движения. В советчике судоводителю формируется будущее направление движения корабля с использованием сигналов текущего курса φ, угловой скорости ω и угла перекладки руля δ. В вычислительном блоке формируется сигнал будущего состояния корабля по углу курса φпрогн.i=f [φ,ω,δi(t)]. (Для сигналов δi, изменяющихся от δ0… до δn при этом вычисляются будущие значения сигналов от φпрогн.0 …до φпрогн.n, перебор осуществляется в ускоренном времени за время τт).

При равенстве сигнала: φпрогн.nзд.зд.- заданное значение курса корабля, на который нужно перейти) судоводитель устанавливает сигнал δn в начальное состояние δ0 (осуществляется процесс сдерживания корабля с момента натурального времени tnт в соответствии с расчетной программой, заложенной в вычислительном блоке).

Недостатками приведенного выше способа управления являются:

- в советчике формируется момент времени, когда следует начинать сдерживание судна, что не позволяет эффективно использовать такой советчик в режиме стабилизации на заданном курсе (процесс ручного управления движением инерционного корабля с использованием прогнозатора советчика),

- при наличии морского волнения судоводитель определяет требуемое управляющее воздействие для выхода на желаемое направление движения с низкой точностью прогноза, т.к. не учитывается смещение руля для компенсации постоянной составляющей от внешнего возмущающего момента.

Целью предлагаемого способа управления является устранение отмеченных выше недостатков, а именно:

- облегчение процесса ручного управления движением инерционного корабля с использованием предлагаемого советчика (это достигается тем, что осуществляется формирование информации о будущем состоянии корабля через время, близкое к постоянной времени корабля - Ткораб., и это происходит практически мгновенно, т.е. судоводитель управляет как бы «безинерционным объектом»),

- повышение точности выработки прогнозируемых значений при наличии развитого морского волнения.

Предлагаемый способ управления движением базируется на использовании советчика судоводителю, который содержит блоки:

программный, измерительный, исполнительных средств, ручного управления и индикатор. Существенно, что советчик судоводителю дополнен электронной моделью движения корабля (работающей в ускоренном масштабе времени) и блоком среднего значения угла перекладки руля δср.

Выход программного блока (сигнал заданного курса - φзд.) вводят на вход индикатора. Сигналы курса φ и угловой скорости ω (из измерительного блока) вводят на первый вход электронной модели движения корабля, на два других входа которой вводят сигналы угла перекладки руля δ (из блока исполнительных средств) и сигнал среднего значения угла перекладки руля δср. (из блока среднего значения угла перекладки руля). В электронной модели движения корабля формируется сигнал будущего состояния корабля по углу курса φпрогн. в виде суммы сигналов

где φпрогн.т) - прогнозируемый курс корабля в момент времени (tiт), соответствующий углу перекладки руля δi,

τт- время моделирования процесса движения в ускоренном масштабе времени, пропорциональное постоянной времени корабля

Ткораб..ускор·τт

Сигнал угла перекладки руля δ (из блока исполнительных средств) вводят в блок среднего значения угла перекладки руля для формирования среднего значения угла перекладки руля δср.

Для иллюстрации использования предложенного способа рассмотрим чертеж, на котором приведен советчик судоводителю, состоящий из блоков со связями между ними: 1. программный, 2. измерительный, 3. электронная модель движения корабля (работает в ускоренном масштабе времени), 4. среднего значения угла перекладки руля, 5. исполнительных средств, 6. индикатора, 7. ручного управления, 8. корабль - объект управления.

Советчик судоводителю можно реализовать с использованием типовых микроконтроллеров (блоки 1, 3, 4), блок 2 - аппаратура типа «Мининавигация» (разработки ЦНИИ «Электроприбор», С.Петербург), блок 6 стрелочные, либо световые измерители с сумматором, блок 5 корабельный (штатный) рулевой привод, блок 7 - задатчик угла перекладки руля.

Предложенный советчик судоводителю может использоваться совместно с типовой системой автоматического управления движением (САУД) корабля как резервный режим ручного управления движением корабля при выходе из строя какого-либо модуля САУД.

(Современные САУД позволяют практически полностью автоматизировать процесс управления движением корабля, что создало парадокс автоматизации - исключили судоводителя из процесса управления, а следовательно, и лишили его способности (навыка) вручную управлять движением инерционым кораблем. Наличие советчика судоводителю позволит судоводителю при сбое в САУД эффективно управлять движением корабля вручную.)

Судоводитель отклонением рукоятки в блоке ручного управления судоводителя 7 выдает сигнал задания в блок исполнительных средств 5 на перекладку руля. На индикаторе 6 при любой величине перекладки руля δi будет вырабатываться будущее направление движения корабля φпредск., на которое выйдет корабль через время Ткорабля. Изменяя величину перекладки руля δi, судоводитель обеспечит движение корабля по заданному направлению, если

φпредск.= φзд.

где

φзд.- заданное (программное) значение курса, которое также высвечивается в индикаторе с использованием сигнала φзд. из программного блока,

φпредск.- предсказанное значение курса, на который выйдет корабль через время - Ткорабля (при фиксированном угле перекладки руля δi в течение времени Ткорабля).

Рассмотрим работу советчика судоводителю при ручном управлении движением корабля по заданному курсу.

В программном блоке 1 вырабатывается сигнал заданного значения курса φзд, который поступает в индикатор 6 для выдачи информации судоводителю. В измерительном блоке 2 вырабатывается сигнал текущего значения курса φ. и угловой скорости корабля ω, которые вводятся на вход электронной модели движения корабля 3. В электронной модели в ускоренном масштабе времени Мτ моделируется процесс динамики движения корабля в интервале времени τт. Для повышения точности прогноза в качестве угла перекладки руля в зависимости (1) формируют корректированный угол перекладки руля

δiкopp.iср.,

где δср. - среднее значение угла перекладки руля.

Сигнал φпредск. с выхода электронной модели движения корабля алгебраически суммируется с сигналом угловой скорости ω, в соответствии с зависимостью (1), который и поступает в индикатор.

Проведенное моделирование подтвердило целесообразность использования предложенного способа ручного управления кораблем с использованием советчика судоводителю.

Способ управления движением корабля с советчиком судоводителю с использованием в советчике блоков: программного, измерительного, исполнительных средств, индикатора и ручного управления, на выходе которого формируется управляющий сигнал, поступающий на вход блока исполнительных средств, отличающийся тем, что дополнительно используют блок среднего значения перекладки руля и электронную модель движения корабля, на вход которой вводят три сигнала: курса - φ с выхода измерительного блока, угла перекладки руля - δ с выхода блока исполнительных средств и среднего значения угла перекладки руля - δср с выхода блока среднего значения перекладки руля, на вход которого вводят сигнал угла перекладки руля - δ с выхода блока исполнительных средств, на выходе электронной модели движения корабля формируют сигнал прогнозируемого состояния корабля по курсу - φпрогн и угловой скорости - ωпрогн в ускоренном масштабе времени с использованием сигналов φ, ω, δ и δср, сигналы с выхода электронной модели движения корабля φпрогнт) и ωпрогнт), где τт - время моделирования процесса движения в ускоренном масштабе времени, суммируют, затем вводят на вход индикатора, на вход которого также вводят сигнал заданного значения курса - φзд из программного блока.



 

Похожие патенты:

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 автоматического управления движением широкого класса судов. .

Изобретение относится к области судовожения. .

Изобретение относится к автоматическому управлению движением корабля. .

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 области судовождения, а именно к автоматическому управлению движением судна по заданному направлению с выявлением встречных объектов и автоматического расхождения с ними.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к системам управления движением судна. .

Изобретение относится к судостроению и касается создания силовой установки с ее аварийным управлением. .

Изобретение относится к области судостроения

Изобретение относится к области судовождения, в частности к автоматическому управлению движением судна

Изобретение относится к средствам автоматического управления движением судов и динамического позиционирования судов

Изобретение относится к области судовождения, в частности к автоматическому управлению движением судна

Изобретение относится к техническим средствам судовождения

Изобретение относится к области судовождения

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для управления траекторией движения буксируемого судна при выполнении буксирной операции

Изобретение относится к области судовождения

Изобретение относится к области судовождения - автоматическому управлению движением судна по заданному направлению

Изобретение относится к технике управления подвижными объектами, например судами, работающими в неблагоприятных внешних условиях. Система содержит группу датчиков, блок сбора информации, связанный с аппаратурой спутниковой навигации и снабженный источником импульсного питания, подсистему инерциальной навигации и подсистему оптической коррекции. Входы-выходы блока сбора информации подключены к трем управляющим вычислителям, выходы которых через переключатель каналов вычислителей подключены к исполнительным органам объекта управления. Кроме того, выходы вычислителей и выходы встроенных в их состав средств оперативного контроля подключены к блоку контроля и управления. Выход этого блока подключен к управляющему входу упомянутого переключателя, дополнительный выход которого подключен к управляющему входу формирователя сигналов, связанного с датчиком внешнего воздействия. Система также содержит формирователь синхроимпульсов, входом подключенный к выходу переключателя, а выходами к вычислителям, блоку сбора информации и блоку контроля и управления. Изобретение позволяет повысить надежность и точность системы управления, а также расширить область ее практического использования. 10 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх