Способ управления движением судна по заданной траектории



Способ управления движением судна по заданной траектории
Способ управления движением судна по заданной траектории
Способ управления движением судна по заданной траектории
Способ управления движением судна по заданной траектории
Способ управления движением судна по заданной траектории
Способ управления движением судна по заданной траектории
Способ управления движением судна по заданной траектории

 

B63H25/00 - 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 2509679:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") (RU)

Изобретение относится к управлению судном при следовании по заданной траектории и касается автоматического управления рулём или другим рулевым средством управления, которым оборудовано судно. Управление осуществляют по величинам поперечных смещений носовой А и кормовой В точек. Точки А и В разнесены по длине судна в его диаметральной плоскости (ДП). Производят выработку управляющего сигнала и в зависимости от его величины определяют скорость перекладки руля. При этом необходимо соблюдать ограничение - угол перекладки руля не должен превышать его максимальное значение, характерное для конкретного рулевого устройства. Повышена точность удержания судна на заданной траектории, улучшено качество управления и исключена вероятность потери управляемости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к управлению движением судна при следовании по заданной траектории и касается автоматического управления рулем или другим рулевым средством управления, которым оборудовано судно.

Известен способ управления движущимся объектом, например судном (Пат. РФ №22663606, опубл. 10.11.2005), по величине поперечных смещений двух точек, разнесенных по длине судна в его диаметральной плоскости (ДП) и называемых условно носовой (точка А на фиг.1-4) и кормовой (точка В на фиг.1-4).

Расстояние между точками А и В выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением судна по заданной траектории.

Координаты этих точек определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), в связи с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные смещения точки А (dA) и точки В (dB) от заданной траектории. Причем поперечное смещение каждой точки от заданной траектории считается положительным, если она смещается вправо, и отрицательным, если она смещается влево (фиг.1-4).

Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал на отклонение рулевого органа, например руля судна, по закону:

α = k A × d A + k B d B                                                      (1)

α = k A × d A + k B d B                                                      (1)

где kA, kB - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной траектории. Это положительные величины, причем dA больше kB. Угол α перекладки руля считается положительным при его перемещении в сторону правого борта.

На фиг.1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от заданной траектории 2 и управление в каждом из них (угол α перекладки руля 3). Например, на фиг.1, 2 ДП 4 судна 1 пересекает заданную траекторию 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки А (dA) и точки В (dB), причем dA больше 0, dB меньше 0 (фиг.1) и dA меньше 0, dB больше 0 (фиг.2). В первом случае (фиг.1.) согласно закону (1) угол α отклонения руля будет иметь отрицательное значение, т.е. руль будет переложен на левый борт и судно начнет поворот влево, что приведет к уменьшению dA и dB и в конечном итоге к выходу судна на заданную траекторию; во втором случае (фиг.2) согласно закону (1) угол α отклонения руля будет иметь положительное значение, т.е. руль будет переложен на правый борт и судно начнет поворот вправо, что приведет к уменьшению dA, dB и к выходу судна на заданную траекторию.

На фиг.3, 4 ДП 4 судна 1 не пересекает заданную траекторию 2, а поперечные смещения точек А, В имеют одинаковые знаки, положительные (фиг.3) и отрицательные (фиг.4). Знак и соответствующее направление угла α перекладки руля зависят от соотношения значений коэффициентов kA и kB (kA больше kB, если знаки поперечных смещений точек А и В одинаковы, фиг.3, 4; kA и kB будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек А и В противоположны, фиг.1, 2). Соотношение значений коэффициентов kA, kB может выбираться из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления движения судна от заданного будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение определяется выражением:

k B = k A × ( l + l | d A | ) 1                                                             (2)

где l - расстояние между точками А и В.

Однако предложенный закон управления рулевым устройством (1) не учитывает инерционных особенностей как рулевого устройства, так и самого объекта управления судна. Поэтому его применение не позволит качественно управлять судном, а в ряде случаев может привести к потере его управляемости из-за неконтролируемого изменения отклонений точек А и В от заданной траектории.

Цель изобретения - повышение точности удержания судна на заданной траектории и улучшение качества управления, в частности, исключение вероятности потери управляемости.

Для достижения поставленной цели предлагается способ, основанный на законе управления, который определяет скорость α ˙ r перекладки руля

α ˙ r = k A × d A + k B × d B + k α α r                                               (3)

где где kA, kB - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной траектории, kα -коэффициент усиления.

При этом действует ограничение на величину угла αr перекладки руля, который не должен превосходить максимального значения, характерного для конкретного рулевого устройства рассматриваемого судна, т.е. αrrmax.

Предлагаемый способ управления состоит в выработке управляющего сигнала sign, величина которого определяет скорость перекладки руля (или любого другого рулевого органа), то есть

s i g n = k A × d A + k B × d B + k α α r                                     (4)

Зависимость скорости α ˙ r перекладки руля от величины управляющего сигнала выражается графически (фиг.5).

Этот закон управления достаточно универсален и содержит зону нечувствительности (sign<sign), зону насыщения (sign>sign2) и переходную между ними зону (sign1<sign<sign2) линейного изменения скорости α ˙ r перекладки руля. Закон предполагает асимметричное отображение для отрицательных значений сигнала (sign<0). В этих зонах скорость α ˙ r перекладки руля меняется следующим образом (для sign>0):

α ˙ r = 0                                      sign sign1 α ˙ r = α ˙ r max s i g n s i g n 1 si g n 2 s i g n 1          sign < sign < sign2                        (5)   α ˙ r = α ˙ r max                               sign sign2

Как видно из выражения (4), инерция самого судна учитывается явным образом добавлением в закон управления члена, который зависит от текущего положения αr пера руля.

1. Способ управления движением судна по заданной траектории по величинам поперечных смещений двух точек, разнесенных по длине судна в его диаметральной плоскости и условно называемых носовой А и кормовой В, характеризующийся тем, что производят выработку управляющего сигнала sign:
s i g n = k A × d A + k B × d B + k α α r   , где
kA, kB - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой А и кормовой В точек судна от заданной траектории;
dA, dB - значения поперечных смещений соответственно точек А и В;
kα - коэффициент усиления,
αr - угол перекладки руля,
в зависимости от величины управляющего сигнала sign определяют скорость перекладки руля, в частности для sign>0:
α ˙ r = 0                                      sign sign1 α ˙ r = α ˙ r max s i g n s i g n 1 s i g n 2 s i g n 1          sign < sign < sign2 α ˙ r = α ˙ r max                               sign sign2

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимо соблюдать ограничение - угол перекладки руля не должен превышать его максимальное значение, характерное для конкретного рулевого устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к водному транспорту. Способ управления заключается в том, что текущее положение траектории сближения определяют в виде прямой линии, которая проходит через две заданные точки на плоскости, текущее положение которых на плоскости в любой заданный момент времени рассчитывают с использованием значений текущих координат носовой и кормовой точек судна-партнера, стоящего на якоре, заданного расстояния между бортами швартующихся судов, заданного положения швартующегося судна относительно судна-партнера, стоящего на якоре, в конечной стадии швартовки и текущего значения длины тормозного пути швартующегося судна, необходимого для перехода его от исходной скорости движения к скорости, равной скорости течения в районе места якорной стоянки судна-партнера в конкретных условиях плавания.

Изобретение относится к управлению движущимся судном при его позиционировании в заданной точке плоскости в заданном направлении. Используют поперечные смещения двух разнесенных по длине объекта точек и продольные отклонения условной точки.

Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением швартующегося судна при выполнении им швартовной операции к судну-партнеру, лежащему в дрейфе.

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано при управлении траекторией движения судна, выполняющего сложное маневрирование. Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента включает определение текущего значения абсциссы центра вращения, угловой скорости судна, демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и ее момента.

Изобретение относится к судовождению. Способ включает измерение параметров движения и угловой скорости, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна.

Используют кормовую А и носовую F точки в диаметральной плоскости судна. В точки А и F устанавливают акселерометры и измеряют продольные и поперечные ускорения точек А и F.

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

Изобретение относится к области судостроения и касается средств активного управления судном, а более конкретно - подруливающих устройств. .

Изобретение относится к технике управления движением подводных аппаратов. .

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для стабилизации положения танкера при погрузке нефтепродуктов относительно нефтяного терминала в открытом море.

Изобретение относится к области судовождения, в частности к системам автоматического управления движением судна. Устройство для формирования траектории перевода судна на параллельный курс содержит: задатчик абсолютной величины максимально допустимого сигнала управления, датчик продольной скорости, вычислитель критических параметров траектории перевода судна на параллельный курс, задатчик расстояния смещения параллельного курса от текущего курса, вычислитель изменения путевого угла Δϕ, минимального радиуса Rm допустимого оптимального полиноминального отрезка (ДОЭПО), длины L прямого отрезка между двумя ДОЭПО, датчик координат центра масс судна, вычислитель набора параметров граничных точек первого ДОЭПО, датчик путевого угла, вычислитель выходных параметров элементарных отрезков, задатчик абсолютной величины максимально допустимого сигнала управления, вычислитель набора параметров граничных точек первого ДОЭПО, вычислитель выходных параметров элементарных отрезков. На выходе вычислителя выходных параметров элементарных отрезков формируется траектория перевода судна на параллельный курс, состоящая из двух ДОЭПО или состоящая из трех элементарных отрезков. Достигается повышение безопасности перевода судна на параллельный курс. 12 ил.

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов. Устройство содержит движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, датчики угла поворота, сумматоры, источники опорного сигнала, пороговые элементы, синусные и косинусные функциональные преобразователи, блоки умножения и деления, усилители, ключи, логические элементы, датчики расстояния и команд, многоуровневый релейный элемент, блоки взятия модуля. Достигаемый технический результат заключается в автоматическом выборе требуемой скорости вращения движителей подводных аппаратов с учетом направлений этих вращений, при которых ни один из движителей не входит в режим насыщения независимо от направления их вращения. 1 ил.

Группа изобретений относится к способу автоматического управления судном по курсу и интеллектуальной системе автоматического управления судном по курсу. Способ заключается в том, что в качестве модели объекта управления используют нейросетевую модель объекта управления. Для настройки настраиваемых параметров алгоритма нечеткой логики получают и идентифицируют данные движения судна по курсу и данные управляющих воздействий, определяют данные критериальных признаков движения судна по идентифицированным данным движения судна по курсу и данным управляющих воздействий с использованием базы знаний поведения судна по курсу, выбирают нейросетевую модель объекта управления на базе определенных данных критериальных признаков движения судна, определяют данные настраиваемых параметров алгоритма нечеткой логики в соответствии с выбранной нейросетевой моделью объекта управления. Интеллектуальная система содержит регулятор на нечеткой логике, эмулятор для корректировки управляющего воздействия, прямые и обратные связи между объектом управления, регулятором на нечеткой логике и эмулятором. Эмулятор выполнен в виде нейросетевого эмулятора. Нейросетевой эмулятор включает нейросетевой классификатор, блок нейросетевой модели объекта управления и блок оптимизации. Нейросетевой классификатор содержит базу знаний поведения судна по курсу. Технический результат заключается в обеспечении высокого быстродействия процессов управления и эффективной фильтрации случайных возмущений системы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

Изобретение относится к судостроению, а именно к подруливающим устройствам судов. Подруливающее устройство содержит два винта, установленные в гондоле на стойке обтекателей в сквозном канале, и приводной двигатель, а также снабжено дополнительными стойками, расположенными на обтекателях по краям гондолы. Достигается повышение эффективности работы в проточной части подруливающего устройства, увеличение КПД устройства, уменьшение расхода энергии, затрачиваемой на приведение в движение винтов подруливающего устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 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 системам управления движением подводных аппаратов. Устройство содержит установленные на подводном аппарате (1) движители вертикального (2) и горизонтального (3) перемещений, телекамеру (4), выполненную с возможностью поворота, датчик (5) положения угла поворота телекамеры, первый (6), второй (7) и третий (8) нелинейные функциональные преобразователи, блок (9) управления движителями, датчик (10) расстояния, вручную коммутируемый ключ (11), пороговый элемент (12), электронно-управляемый переключатель (13). Повышается надежность и точность подхода подводного аппарата к обнаруженному объекту. 1 ил.

Изобретение относится к системам управления и может быть использовано при разработке систем управления подводными аппаратами, обеспечивающими их ориентацию и перемещение по заданной траектории с заданной траекторией скоростью, или в заданную точку по требуемой траектории без предъявления требований к траекторией скорости, или в заданную точку с нулевой конечной скоростью. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления движением подводного аппарата. Технический результат достигается за счет того, что в устройство управления подвижным объектом дополнительно введены судовой пункт управления, два приемопередатчика с антеннами, гидролокатор с антенной и блок пересчета координат, при этом объектом управления является подводный аппарат, большая часть оборудования установлена на судовом пункте управления. 1 ил.

Способ сжатия информации для автоматизированного проектирования систем управления движения корабля для устройства, состоящего из блока измеряемой информации, локальных сетей, регуляторов, исполнительных средств, динамической модели движения корабля, блока представления информации и записи результатов, блока управления и оптимизации режимов, блока сжатия информации, содержащий регистры полученного значения и времени его прихода, первый блок сравнения, регистр регистрации времени передачи, логические блоки ИЛИ и И, таймер, второй блок сравнения, регистр переданного значения, формирователь сетевых пакетов. Способ заключается в том, что производят задержку по времени передачи измеряемой информации в локальную сеть на заданную величину C1. Обеспечивается сжатие информации путем прореживания с отсеиванием всех промежуточных значений. 7 ил.

Изобретение относится к области судовождения, а именно к системам автоматического управления движением судна. Для задания траектории и режима движения судна представляют сигмоподобные функции с изменяемыми коэффициентами кривизны и задаваемыми выражениями. Сигмоподобные функции аппроксимируют градиенты и изменения компонентов вектора, перемещения точки управления судна в зависимости от пройденного судном расстояния по траектории. В аппроксимирующих выражениях радиус кривизны задается суммой экспоненциальных зависимостей и позволяет учитывать изменения кинематических параметров движения судна и их градиентов вследствие изменения величины силового воздействия. Достигается повышение безопасности судовождения в стесненных портовых водах. 7 ил.

Способ управления движущимся судном. При данном способе в пределах контура судна в его диаметральной плоскости (ДП) выбирают на носу и корме судна точки, относительно которых производят непрерывные измерения координат с высокой точностью (±1м) и непрерывно вычисляют смещения этих точек от заданной линии положения ДП. На основе этих смещений вырабатывают сигналы для отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по определенному закону. При этом используют определенную координатную систему, меняют ее положение и ориентацию на плоскости с учетом особенностей маневрирования судна и с учетом текущего направления ветра, а коэффициенты усиления подбирают специально для конкретного судна и конкретной судовой ключевой операции. Обеспечивается энергетическая эффективность и безопасность выполнения ключевой судовой операции. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх