Система управления подвижными объектами

Изобретение относится к системам управления высокоманевренными объектами. Система содержит датчики входной информации и аппаратуру спутниковой навигации, подключенные к управляющему вычислительному устройству (УВУ), выходы которого подключены к устройству управления исполнительными механизмами (УУИМ). К УВУ подключено запоминающее устройство (ЗУ). К блокирующему входу ЗУ и УУИМ подключен выход формирователя сигнала блокировки (ФСБ), ко входам которого подключены выходы датчика внешнего воздействия и дополнительный выход УВУ, к входу обнуления/пуска которого подключен выход обнуления ФСБ. Датчик времени содержит три генератора импульсов, подключенных выходами к формирователям, выходы которых подключены к мажоритарному элементу. Формирователь содержит элемент И, первый вход которого является входом, подключенным к генератору. Выход элемента подключен к счетчику, выходы которого подключены к первому и второму дешифраторам. Выход первого дешифратора подключен к запускающему входу триггера останова, выход которого подключен к второму входу элемента И и первому входу мажоритарного элемента. Выход мажоритарного элемента подключен к входу триггера пуска, выход которого подключен к сбрасывающему входу триггера останова. Формирователь сигнала блокировки содержит последовательно соединенные регистр, вход которого является входом блока подключенным к УВУ, дешифратор и триггер, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого является входом формирователя, подключенным к датчику внешнего воздействия, а выход элемента является выходом блока. Повышается надежность работы. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее техническое решение относится к области судовождения, а именно к системам автоматического управления движением широкого класса подвижных объектов.

Известна система автоматического управления судном, патент RU 2248914, (B63H 25/04) от 01.03.2004, содержащая датчик и задатчик курса, датчик угловой скорости, датчик кормовых рулей, выходы которых подключены к входам первого сумматора-усилителя, выход которого соединен с входом рулевого привода кормовых рулей, датчик угла дрейфа и датчик носовых рулей, выход которого подключен к первому входу второго сумматора-усилителя. Кроме того, в состав системы введены датчик и задатчик бокового смещения судна, задатчик допустимого угла дрейфа и блок логики, содержащий алгебраический сумматор, сумматор модулей двух сигналов, диод и электромагнитное реле с двумя нормально-разомкнутыми и нормально-замкнутой контактными группами. Недостатками данного технического решения являются:

1. Нестабильность характеристик. В связи с применением аналоговых узлов, параметры которых существенно зависят от условий эксплуатации (в первую очередь от температуры окружающей среды), будет наблюдаться дрейф параметров системы в целом.

2. Низкая отказоустойчивость. В системе не предусмотрено каких-либо средств нейтрализации отказов отдельных узлов, поэтому выход из строя любого узла приведет к отказу системы в целом.

3. Ограниченные функциональные возможности. Внедрение дополнительных управляющих звеньев или расширение набора датчиков потребует полной переработки аппаратуры системы управления.

4. Фиксированный алгоритм управления. Как в случае расширения, а также реализации другого алгоритма управления требуется полная переработка аппаратуры.

Задачи расширения функциональных возможностей, применения различных алгоритмов управления и повышения стабильности, благодаря наличию цифрового вычислителя, частично решаются в изобретении - аппаратуре автоматического управления движением судна, (патент RU 2221728, (B632H 25/04) от 13.05.2002, содержащей, кроме вычислителя, задатчик путевого угла, датчик угла перекладки руля, рулевой привод, опорную и вспомогательную антенну, приемник ССН, сумматор, два интегратора и дифференциатор. Однако недостаток - низкая отказоустойчивость в данной аппаратуре по-прежнему присутствует, так как любой отказ вычислительного устройства влечет за собой отказ всей системы.

В то же время отказ может носить кратковременный характер, то есть может возникнуть так называемый сбой цифрового вычислителя, приводящий к получению недостоверных результатов вычисления. Сбой такого характера может быть следствием воздействия мощной электромагнитной помехи, вызванной, например, грозовым разрядом или потоком ионизирующего излучения при вспышках на Солнце, а также «искрением» силового электрооборудования судна (подъемники, электродвигатели и т.д.).

Однако после исчезновения внешнего воздействия вычислитель способен правильно работать, необходимо только восстановить полученные до сбоя результаты вычислений. Наиболее полно задача повышения надежности работы системы управления с восстановлением вычислительного процесса после сбоя от внешнего воздействия решена в известной системе управления судном (см. заявку на выдачу патента №2010123776, B63H 25/04 от 10.06.2010, по которой принято решение о выдаче патента на изобретение №2010123776/11(033847) от 06.04.2011). Данное решение можно взять за прототип. Для нейтрализации последствий кратковременных сбоев вычислительного устройства и сохранения работоспособности системы управления в целом в состав системы введено запоминающее устройство с санкционированным доступом (ЗУСД), в которое вычислительное устройство периодически (например, 1 раз в цикле решения задач управления) записывает массив результирующей информации и хранит значение реального времени, используя которые можно восстановить вычислительный процесс и продолжить вычисления.

Известная система содержит датчики угловой скорости, ветра, волнения, систему спутниковой навигации (ССН), блок сбора информации, управляющее вычислительное устройство (УВУ) и запоминающее устройство с санкционированным доступом, и устройства управления исполнительными механизмами (УУИМ) судна.

Однако необходимость программного расчета реального времени, записи результатов расчета параметров управления и реального времени в ЗУСАД с формированием контрольных сумм записываемых массивов приводит к нерациональным затратам времени УВУ. Это ограничивает его функциональные возможности и не позволяет повысить частоту расчета параметров управления, что необходимо при использовании системы для управления высокоманевренными объектами, например, скоростными катерами, некоторыми наземными объектами и особенно объектами авиационной и ракетно-космической техники. С целью расширения возможности применения системы для управления высокоманевренными объектами предлагается

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ, содержащая датчики угловой скорости, ускорения, систему спутниковой навигации, блок сбора информации, управляющее вычислительное устройство (УВУ), устройство управления исполнительными органами объекта и запоминающее устройство с санкционированным доступом. Кроме того, в состав системы введены, датчик реального времени, датчик внешнего воздействия (ДВВ) и формирователь сигналов (ФС) блокировки ЗУСД и пуска УВУ и перестаиваемый формирователь сенхроимпульсов (ФСИ) Состав системы приведен на фигуре 1, где цифрой 1 обозначены датчики, цифрой 2 - система спутниковой навигации, цифрой 3 - блок сбора информации, цифрой 4 - УВУ, цифрой 5 - ФС, цифрой 6 - зЗУСД, цифрой 7 - дДВВ, цифрой 8 - датчик реального времени с ФСИ (датчик меток времени) и цифрой 9 - исполнительные устройства управления механизмами. Датчики и система спутниковой навигации подключены к блоку сбора информации, подключенного к входу УВУ, выход которого подключен к УУИМ. Датчик внешнего воздействия подключен к формирователю сигналов, первый выход которого подключен к входу обнуления/пуска УВУ, а второй выход подключен к ЗУСД, подключенного через двунаправленные связи к УВУ. Третий выход формирователя сигналов подключен к блокирующему входу УУИМ и, а его управляющий вход подключен к управляющему выходу УВУ.

На фигуре 2 приведен состав запоминающего устройства ЗУСД, которое содержит два накопителя информации 21 и 22, на вход каждого из которых подключены собственные сумматоры меток времени 23-1 и 23-2, а также через двунаправленные связи сумматоры массивов. Входы сумматоров меток времени являются входом запоминающего устройства, а сумматоры массивов подключены к шине связи запоминающего устройства с УВУ.

Блокирующий вход накопителей является входом запоминающего устройства, подключенного к ФСБ.

Блок сбора информации (см. Фиг.3) содержит последовательно соединенные буферные регистры 31 элементы гальванической развязки 32 и согласующее устройство, вход-выход которого является входом-выходом блока, подключенным к УВУ.

Датчик времени содержит три кварцованных генератора импульсов 41-1, 41-2 и 41-3, каждый из которых подключен к своему формирователю 42-1, 42-2 и 42-3, Фазирующий выход каждого из которых подключен к фазирующим входам двух других формирователей. Выходы формирователей подключены к мажоритарному элементу, выход которого является выходом формирователя и датчика в целом.. ФСИ реализован аналогично датчику времени с тем отличием, что генераторы импульсов выполнены не на основе кварцевых резонаторов, а на основе кольцевых генераторов изменяемым по внешнему коду количестве инверторов в кольце, что обеспечивает изменение частоты следования синхроимпульсов и подстройку быстродействия цифровых узлов под фактическое быстродействие полупроводниковых элементов, на которых реализованы эти узлы. Изменение быстродействия элементов связано с зменением температуры окружающей среды и(или) действия дозовах факторов внешнего тонизирующего излучения космического пространства и ядерно-энергетических установок объекта управления

Формирователь сигнала блокировки (см. фиг.5) содержит последовательно соединенные регистр 51, вход которого является входом формирователя, подключенным к УВУ, дешифратор 52 и триггер 53, выход которого подключен е первому входу элемента И 54, второй вход которого является входом формирователя, подключенным в датчику внешнего воздействия, а выход элемента является выходом формирователя, подключенным к запоминающему устройству.

Формирователь сигнала (см. фиг.6) содержит элемент И 61, первый вход которого является входом формирователя, подключенным к генератору импульсов. Выход элемента подключен к счетчику 62, выходы которого подключены к входам первого 64 и второго 65 дешифраторов. Выход первого дешифратора подключен к входу триггера останова 63, выход которого является фазирующим выходом формирователя и подключен к второму входу элемента И и первому входу мажоритарного элемента 68, к второму и третьему входу которого подключены выходы триггеров привязки, входы которых являются фазирующими входами формирователя, их синхровход объединен с первым входом элемента И, а выход второго дешифратора является выходом формирователя.

Накопитель (см. фиг.7) содержит узел хранения 70, информационный вход-выход которого является входом-выходом накопителя, а параллельно шинам обращения к узлу хранения установлен МОП транзистор со встроенным каналом, к затвору которого подключен сигнал блокировки накопителя.

Система может быть реализована следующим образом:

Управляющее вычислительное устройство, реализуется на основе БИС 1867ВМ2 или 1867ВМ3, изготавливаемых в производстве НИИЭТ г.Воронеж, дополненных БИС серий 1825, 1620 и БИС на основе БМК сер. 1555 и 1556, изготавливаемых АО «Ангстрем», г.Москва. На основе этих БМК реализуются БИС для блока связи, формирователя сигнала, датчика времени и цифровые узлы запоминающего устройства санкционированного доступа, накопители которого изготавливаются на основе многоотверстевых ферритовых пластин или цилиндрических тонких магнитных пленок в производстве ФГУП НПОА, г.Екатеринбург. В этом же производстве изготавливаются их дискретных компонентов кварцевые задающие генераторы датчика времени, датчик внешнего воздействия и устройства управления исполнительными органами объекта управления.

Наличие в составе системы датчика внешнего воздействия с формирователем сигнала блокировки и запоминающего устройства санкционированного доступа обеспечивают возможность рестарта (повторения вычислений) при сбоях вычислительного устройства и исключают ложную выдачу команд на исполнительные органы объекта управления., а введение режима перестройки частоты генераторов импульсов, входящих в состав ФСИ, обеспечивают подстройку частоты следования синхроимпульсов под фактическое быстродействие вычислительного устройства и других цифровых компонентов системы и обеспечивают их работоспособность при изменении в широком диапазоне температуры окружающей среды и накоплении дозовых параметрических изменений в полупроводниковых элементах, на которых реализуется аппаратура системы управления.

Таким образом, предложенная система в отличие от известных обладает повышенной надежностью и обеспечивает работоспособность при действии мощных импульсных электромагнитных и ионизирующих воздействиях в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды и продолжительном воздействии внешнего ионизирующего излучения

1. Система управления подвижными объектами, содержащая управляющее вычислительное устройство с подключенными к нему через блок сбора информации датчиками и системой спутниковой навигации и подключенным к выходу устройством управления исполнительными механизмами и подключенным через двунаправленные шины запоминающим устройством, отличающаяся тем, что в ее состав введены датчик реального времени с формирователем синхроимпульсов, подключенный выходом к запоминающему устройству, а также датчик внешнего воздействия, подключенный выходом к первому входу формирователя сигнала блокировки, к второму входу которого подключен выход управляющего вычислительного устройства, а выход формирователя подключен к входу обнуления/пуска управляющего вычислительного устройства и блокирующим входам запоминающего устройства и устройства управления исполнительными механизмами.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что запоминающее устройство содержит два накопителя, к входам которых подключены выходы сумматоров меток времени, входы которых являются входом запоминающего устройства, а двунаправленными шинами накопители подключены к сумматорам массивов, входы-выходы которых подключены к двунаправленной шине запоминающего устройства, при этом блокирующие входы накопителей являются одноименным входом запоминающего устройства.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок сбора информации содержит последовательно соединенные буферные регистры, вход которых является входом блока, элементы гальванической развязки и согласующее устройство, входы-выходы которого являются входами-выходами блока.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик времени содержит перестраиваемый формирователь синхроимпульсов и три генератора импульсов, выход каждого из которых подключен к своему формирователю, фазирующий выход каждого из которых подключен к фазирующим входам двух других формирователей, а выходы формирователей подключены к мажоритарному элементу, выход которого является выходом датчика.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что формирователь сигнала блокировки содержит последовательно соединенные регистр, дешифратор и триггер, причем вход регистра является входом формирователя, а выход триггера подключен к первому входу элемента И, второй вход которого является входом формирователя, а выход триггера - выходом формирователя.

6. Система по п.4, отличающаяся тем, что формирователь содержит элемент И, первый вход которого является входом формирователя, а выход подключен к счетчику, выходы которого подключены к первому и второму дешифраторам, причем выход первого дешифратора подключен к запускающему входу триггера останова, выход которого является фазирующим выходом формирователя и подключен к второму входу элемента И и первому входу мажоритарного элемента, к второму и третьему входам которого подключены выходы триггеров привязки, входы которых являются фазирующими входами формирователя, синхронизирующий вход объединен с первым входом элемента И, а выход второго дешифратора является выходом формирователя.

7. Система по п.2, отличающаяся тем, что накопитель содержит узел хранения, вход-выход которого является входом - выходом накопителя, а параллельно шинам выборки подключен шунтирующий транзистор, вход которого является блокирующим входом накопителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судовождения по заданному маршруту. Предложенный способ базируется на автоматическом управлении движением судна с двумя законами управления - оптимальным (в смысле точности стабилизации судна на курсе при спокойном море) и «облегченным» (для сохранности работоспособности рулевого привода при сильном волнении на море).

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.

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

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 техническим средствам судовождения. .

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 области судостроения. Способ заключается в использовании задатчика глубины, первого фильтра оценки сигнала глубины, четвертого фильтра оценки сигнала угла дифферента и сумматора, на вход которого вводят сигналы. С выхода сумматора сигнал заданной скорости перекладки руля вводят на вход рулевого привода. Затем используют дополнительно установленные два резервных датчика глубины, два измерителя угла дифферента, четыре фильтра, блок диагностики и коммутации, на вход которого вводят сигналы. В блоке диагностики и коммутации формируют сигналы модуля разности: | h 1 − h _ 1 _ | , | h 1 − h _ 1 _ | , | h 2 − h _ 2 _ | , | ψ 3 − ψ _ 3 _ | , | ψ 2 − ψ _ 2 _ | , | ψ 3 − ψ _ 3 _ | , которые сравнивают с заданной постоянной C1 и C2, если модули разности удовлетворяют условию: | h i − h _ i _ | < C 1 и | ψ i − ψ _ i _ | < C 2 , то сигналы ∑ h _ i _ вводят в блок формирования среднего значения оценки глубины hср. Сигналы ∑ ψ _ i _ вводят в блок формирования среднего значения оценки угла дифферента ψ _ с р _ . Сигнал среднего значения оценки глубины h _ с р _ из блока среднего значения оценки глубины вводят на вход сумматора. Сигнал среднего значения оценки угла дифферента ψ _ с р _ из блока среднего значения оценки угла дифферента вводят на вход сумматора. Повышается точность и надёжность управления движением корабля. 1 ил.

Способ управления движением судна по широте и долготе позволяет управлять движением судна по заданной траектории с корректировкой скорости движения по времени. Корректировка по времени обеспечивает нахождение судна в заданной точке в заданное время. Использование в качестве навигационной информации широт и долгот повышает точность управления движением как в пространстве, так и во времени. Точное управление с использованием текущих и заданных во времени широт и долгот судна реализуется с учетом текущего нахождения путевого угла в одном из четырех секторов в диапазоне от 0° до 360°. При больших угловых изменениях заданной траектории движения обеспечивается автоматический переход на штатное управления движением по заданному путевому углу и заданной скорости хода судна. Достигается минимизация отклонения судна от заданной траектории, повышение экономичности и безопасности управления движением, прохождение судна в узкостях и управление перехода на типовое (штатное) движение судна. 1 ил.

Изобретение относится к области судовождения. Система содержит приемник (1) спутниковой навигационной системы, задатчик (2) маршрута с выходами заданного сигнала путевого угла (ПУ) и заданного угла φзд угла курса, регулятор (3) угла δзд перекладки руля, рулевой привод (4), регулятор (5) оборотов nзд гребного вала, привод (6) гребного вала, регулятор (7) оборотов nподр, подруливающего устройства, подруливающее устройство (8), блок (9) сравнения, блок (10) разностей, блок (11) коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов nзд гребного вала, оборотов nподр подруливающего устройства, блок (12) четырех секторов граничных значений углов положения вектора путевого угла (ПУ), формирователь (13) коэффициентов управления и судно (14), соединенные между собой. В системе осуществляют штатное и точное управление движением судна в зависимости от результатов сравнения модуля разности путевого угла (ПУ) из приемника (1) спутниковой навигационной системы и сигнала заданного курса φзд из задатчика (1) маршрута с постоянной С и расположения вектора путевого угла (ПУ) в соответствующей зоне четырех граничных значений сигнала путевого угла (ПУ), определяя коэффициенты регулирования по каждому из трех каналов управления судном. Повышается точность и безопасность управления движением судна по расписанию. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам автоматического управления, работающих длительное время при воздействии неблагоприятных внешних факторов. Система управления, содержащая три управляющих вычислителя с подключенными к ним через блок сбора информации датчиками, аппаратурой спутниковой навигации, подсистемой инерциальной навигации, подсистемой оптической коррекции, содержит формирователь синхроимпульсов, переключатель каналов вычислителей, подключенный входами к вычислителям, а выходом - к исполнительным органам с датчиками обратной связи и формирователю синхроимпульсов, блок контроля и управления. Блок контроля и управления подключен входами к выходам вычислителей и их контрольных устройств, а выходами - к управляющему входу переключателя, причем выходы датчиков и датчиков обратной связи подключены к входам блока сбора информации, токовая шина которого последовательно проходит через датчики и датчики обратной связи исполнительных органов и возвращается в блок сбора информации, входы-выходы которого подключены к вычислителям. Достигается повышение надежности и точности работы системы управления. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к автоматическому управлению угловым движением судна. Для отказоустойчивого умерения крена судна на подводных крыльях используют: блок датчиков угла поворота закрылков, датчик угла крена, блок дифференцирования, блок приводов закрылков, блок регуляторов, на входы которого вводят сигналы: отклонения углов закрылков и производную оценку угла крена. Также используют датчик скорости хода судна, датчик угла крена, два блока диагностики оценки угла крена и два фильтра оценки угла крена, на первые входы которых вводят сигналы: отклонения углов закрылков и скорость хода судна. Достигается точность стабилизации, исправность системы умерения качки, датчика крена и системы автоматического управления судном. 1 ил.

Изобретение относится к области судовождения, а именно к автоматическому управлению движением судна по заданному маршруту. Отказоустойчивая система автоматического управления движением судна содержит датчик руля, датчик угловой скорости, датчик скорости хода, датчик угла курса, задатчик угла курса, сумматор, рулевой привод. Датчик руля подключен к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик угла курса. Выход сумматора подключен к входу рулевого привода. Также система дополнительно имеет датчик угла курса, два фильтра оценки угла курса и два фильтра оценок угловой скорости, блок среднего значения оценки угловой скорости и блок среднего значения угла курса, два датчика поперечной скорости судна и два фильтра оценки поперечной скорости судна, блок среднего значения оценки поперечной скорости судна, датчик оборотов подруливающего устройства, регулятор, привод подруливающего устройства и датчик угловой скорости. Достигается формирование отказоустойчивого автоматического управления движением судна. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к области автоматического управления движением судов. Система идентификации гидродинамических коэффициентов математической модели движения судна содержит рулевой привод, датчики: угловой скорости, курса судна, угла перекладки руля, боковой скорости, скорости хода судна, углового ускорения и бокового ускорения, блок задания маневра идентификации, два блока суммирования, блок памяти, блок сравнения, десять сумматоров и десять множителей. Достигается высокая точность математической модели движения судна, высокое качество автоматического управления движением, повышенная безопасность проводки судна в узкостях. 2 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к автоматическому управлению движением корабля. Система отказоустойчивого управления движением корабля содержит блок дифференцирования, датчик руля, три датчика глубины, датчик угла дифферента, рулевой привод, задатчик глубины угла дифферента, три фильтра оценки глубины, четыре фильтра оценки угла дифферента, сумматор, рулевой привод, семь блоков диагностики, формирователь средних значений оценки глубины. Достигается повышение точности и надежности системы автоматического управления движением корабля. 3 ил.

Изобретение относится к области судовождения - автоматическому управлению движением судна. Система определения гидродинамических коэффициентов математической модели движения судна содержит задатчик идентификационных маневров управления движением судна, объект управления, а также блок формирования коэффициентов усиления в процессе идентификации гидродинамических коэффициентов судна. Блок измерения включает датчики: бокового ускорения, боковой скорости судна, продольной скорости, угловой скорости, угла перекладки руля, углового ускорения. Блок памяти содержит текущие оценки гидродинамических коэффициентов судна и элементы ковариационной матрицы. Достигается уточнение гидродинамических коэффициентов математической модели движения судна, повышение качества автоматического управления движения, повышение безопасности проводки судна в узкостях, снижение нагрузки рулевого привода при сильном волнении. 3 ил.

Группа изобретений относится к области судовождения, а именно к способу управления движением судна с компенсацией медленно меняющихся внешних возмущений и системе, использующей данный способ. Для управления движением судна с компенсацией медленно меняющихся внешних возмущений используют задатчик курсового угла, приемник спутниковой навигационной системы, рулевой привод, электронную модель движения судна, регулятор-сумматор, интегратор, функциональный преобразователь, датчики угловых ускорений и угловых скоростей, судовой измеритель скорости, судовой многолучевой эхолот, электронную картографическую навигационную информационную систему. Получают управляющий сигнал на вход рулевого привода, используя следующие сигналы: заданного курса и оценки угла курса, невязки, угла перекладки руля, курса с приемника спутниковой навигационной системы. Достигается повышение точности управления движением судна по заданной траектории. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх