Способ управления движением судна по широте и долготе



Способ управления движением судна по широте и долготе

 


Владельцы патента RU 2516885:

Федеральное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

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.

 

Предлагаемое изобретение относится к области судовождения - автоматическому управлению движением судна по заданному маршруту.

Известен способ автоматического управления движением судна по заданному путевому углу, реализованный в «Системе автоматического управления судном», (патент RU 2240953 С1, БИ №33, 27.11.2004 г.). Способ управления движением судна основан на использовании информация от приемника спутниковой навигационной системы (СНС), датчика угловой скорости, блока заданного значения путевого угла и сумматора, в котором по сигналам: текущего путевого угла, заданного путевого угла и угловой скорости судна формируется сигнал для управления рулевым приводом судна.

Известен также способ автоматического управления движением судна (патент RU 2292289 С1, БИ №3, 27.01.2007 г., принятый нами в качестве прототипа), в котором автоматическое управление движением судна осуществляется аналогично описанному выше, но с корректировкой заданного значения путевого угла в процессе плавания из точки «А» в точку «Б», затем «В»… по заданному маршруту.

Известные способы автоматического управления движением по заданной траектории обеспечивают движение судна к заданной точке. Однако недостатками рассмотренных способов управления движением судна по заданной траектории являются:

- отсутствие контроля за нахождением судна в заданной точке траектории в заданное время, т.е. не контролируется совпадение текущего положения судна во времени с заданным местонахождением,

- при появлении поперечных (относительно судна) возмущающих силовых воздействий создается большой угол дрейфа судна, что приводит к уходу с заданной траектории движения, а также к экономическим и временным потерям,

- использование только кормового рулевого привода для управления движением создает дополнительный угол дрейфа в процессе изменения направления движения судна, который приводит также к дополнительным отклонениям от заданной траектории в поперечной плоскости судна,

- затруднен проход судном узкостей из-за появления угла дрейфа и бокового сноса судна относительно заданной траектории движения.

Приведенный ниже способ управления лишен этих недостатков т.к. обеспечивает движение судна практически с нулевым углом дрейфа и обеспечивает точное движение судна в соответствии с заданным временем нахождения в заданных точках траектории движения.

Техническим результатом предлагаемого способа управления движением судна является:

- минимизация отклонения судна от заданных точек программной траектории движения с использованием широт, долгот (благодаря минимизации отклонения судна по широте и долготе текущего состояния судна от заданных в пространстве и во времени),

- повышение экономичности и безопасности управления движением,

- проводка судна в узкостях (т.к. поперечное смещение судна даже при наличии возмущающих сил, действующих на судно в поперечном направлении, сводится к малым значениям),

- переход на типовое (штатное) управление движением судна (с использованием только рулевого привода по заданному углу курса) при существенном отклонении текущего путевого угла от заданного программного угла курса.

Этот технический результат достигается благодаря использованию трех подсистем управления движением судна:

а) в продольном направлении движения судна - это подсистема управления скоростью хода V, в которой путем перестройки регулятора оборотов гребного вала - n корректируется скорость движения судна - V и поддерживается движение судна в продольном направлении в соответствии с заданной временной программой движения судна,

б) в поперечном направлении - это подсистема управления движением судна только по углу дрейфа с использованием подруливающих устройств(или носовых рулей), которая совместно с подсистемой управления кормовым рулевым приводом устраняет угол дрейфа и боковой снос судна относительно заданной траектории;

в) при существенном отклонении текущего путевого угла - ПУ от заданного (программного) угла курса - φ з д : | П У φ з д | > C , (в основном это наблюдается при переходе судна на новое направление движения при существенном изменении направления движения по заданной траектории) используют типовое (штатное) управление по путевому углу - ПУ=ϕзд и по скорости хода судна - V=Vзд.

Каналы управления: а) и б) корректируют текущее положение судна с использованием текущих широт - Ф и долгот - γ, а также заданных (во времени) программных широт - Фзд=ƒ(tзд) и долгот - γзд1((tзд)), обеспечивая более точное управление.

Штатное в) управление осуществляется кормовым рулем - δ по заданному путевому углу - ПУзд и по скорости хода - V регулятором оборотов гребного вала - n.

Рассмотрим, как формируются законы штатного управления.

Типовое - штатное управление по путевому углу - ПУ=ϕзд формируется в подсистеме управления кормовым рулевым приводом.

В регулятор рулевого привода - δ вводят сигналы:

- ПУ - текущего путевого угла,

- ϕзд - заданного - программного угла курса,

- ω - угловой скорости судна, которая формируется в регуляторе рулевого привода - δ, таким образом формируется закон управления рулем - δ:

δ з д = K 1 ( П У φ з д ) + K 2 ω ( 1 ) ;

где: δзд - заданный угол перекладки руля,

ПУ, ϕзд(t) - путевой угол и заданный (программный) угол курса,

ω - угловая скорость судна,

K1,K2 - коэффициенты регулирования.

Сигнал - δзд в соответствии с зависимостью (1) вводится на вход рулевого привода, это обеспечивает вывод судна на путевой угол - ПУ, равный заданному (программному) углу курса - ϕзд.

Типовое - штатное управление скоростью хода судна - V=Vзд.

Для управления скоростью хода судна используют сигналы заданной скорости ходами - Vзд и текущей скорости хода - V, которые вводят в регулятор оборотов гребного вала - n: ƒ

n з д = K 1 ( V V з д ) + ƒ ( n , V ) , ( 2 ) .

где:

nзд - заданные обороты гребного вала - n,

f (n, V) - штатный закон управления приводом гребного вала.

Рассмотрим реализацию способа управления движением судна по заданной траектории в двух режимах:

- штатное управление,

- управление с формированием управления в пространстве и во времени в соответствии с предлагаемым способом точного управления движением судна, в качестве основной навигационной информации используются текущие и заданные широты - Ф, Фзд, текущие и заданные долготы - γ, γзд.

А. Типовой (штатный) закон управления движением судна

Для формирования штатного управления используют:

- приемник спутниковой навигационной системы (СНС),

- задатчик маршрута,

- регулятор рулевого привода - δ,

- рулевой привод,

- регулятор привода оборотов гребного вала - nзд,

- привод оборотов гребного вала.

В соответствии с зависимостями (1) и (2) судно двигается по заданной траектории с путевым углом - ПУ=ϕзд и скоростью - V, равной заданной скорости - Vзд Для реализации законов (1) и (2) сигналы путевого угла - ПУ и скорости хода судна - V (сформированные в приемнике СНС) вводят, соответственно, на вход регулятора рулевого привода - δ и на вход регулятора привода оборотов гребного вала - n. Сигналы заданного угла курса - ϕзд и заданной скорости хода - Vзд (из задатчика маршрута) вводят, соответственно, на входы регулятора рулевого привода - δ и регулятора привода оборотов гребного вала - n. Сигналы: заданного угла перекладки руля - δзд (из регулятора рулевого привода - δ) и заданных оборотов гребного вала - nзд (из регулятора привода оборотов гребного вала - n) вводят, соответственно, на входы: рулевого привода и привода оборотов гребного вала.

Переход со штатного закона управления (1) и (2) на режим точного управления осуществляется с применением:

- блока 4-х секторов путевого угла,

- регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nподр,

- подруливающего устройства,

- блока сравнения,

- блока разностей,

- блока коррекции сигналов управления.

Сигнал путевого угла - ПУ (из приемника СНС) и сигнал заданного угла курса - ϕзд (из задатчика маршрута) вводят на вход блока сравнения, в котором формируют модуль разности сигналов | П У φ з д | и сравнивают с постоянной C1.

Если φ з д : | П У φ з д | > C 1 (это условие соответствует использованию штатного режима управления), то сигналы ПУ и ϕзд отключают от входа блока сравнения, через интервал времени Δt сигналы: ПУ и ϕзд вновь вводят в блок сравнения и формируют модуль разности сигналов | П У φ з д | для сравнения с постоянной С1, если φ з д : | П У φ з д | > C 1 , то вновь через интервалы времени Δt в блоке сравнения повторяют операцию сравнения сигнала модуля разности… Рассмотренные циклы повторяют до тех пор пока выполняется неравенство φ з д : | П У φ з д | > C 1 . Если удовлетворяется неравенство | П У φ з д | C 1 , то производят формирование точного закона управления.

Б. Формирование точного закона управления.

В соответствии с предложенным способом формируют законы точного управления движением судна в регуляторе рулевого привода - δ, в регуляторе оборотов гребного вала - n и в регуляторе привода оборотов подруливающего устройства - nподр (с использованием информации по широте - Ф и долготе - γ судна).

Если в блоке сравнения формируется условие | П У φ з д | C 1 , то в блок разностей вводят сигналы текущей широты - Ф, долготы - γ судна (из приемника СНС) и заданной широты - Фзд, заданной долготы - γзд (из задатчика маршрута) для формирования сигналов: (Ф-Фзд), (γ-γзд) и сигналов, производных от сигналов широты dФ/dt и долготы dγ/dt. Сформированные сигналы: (Ф-Фзд), (γ-γзд), dФ/dt и dγ/dt вводим в блок коррекции сигналов управления

В блоке 4-х секторов путевого угла формируем сигнал одного из четырех секторов, в котором находится в данный момент вектор путевого угла - ПУ, используя сигнал путевого угла - ПУ (из приемника СНС) и сигналы углов граничных значений четырех секторов (последние введены в память блока 4-х секторов путевого угла):

а) (-π/4)=+7π/4<угол вектора ПУ<+π/4

б) или +π/4<угол вектора ПУ<+3π/4

в) или +3π/4<угол вектора ПУ<+5π/4

г) или +5π/4<угол вектора ПУ<+7π/4=(-π/4).

Сигнал одного из четырех секторов: а), или б), или в), или г), в котором находится в данный момент вектор путевого угла - ПУ, вводим в блок коррекции сигналов управления для формирования точных законов управления движением судна.

А. Формируем в блоке коррекции сигналов управления точные законы управления движением судна, если ПУ находится в секторе: а) или в) (блока 4-х секторов путевого угла).

1а. Сигнал точного закона управления рулевым приводом - Δδкор формируется используя сигналы - (γ-γзд), dγ/dt, поступившие из блока разностей:

при наличии сигнала сектора а) Δδкор=+K1(γ-γзд)+K2dγ/dt,

или

при наличии сигнала сектора в) Δδкор=-K1(γ-γзд)-K2dγ/dt,

где K1 и K2 - постоянные.

Сигнал Δδкор (с выхода блока коррекции сигналов управления) вводится на вход регулятора рулевого привода - δ, а сигналы: K1(ПУ-ϕзд)+K2ω (из приемника СНС и задатчика маршрута), подключенные к входу регулятора рулевого привода - δ (используемые в штатном режиме управления), отключают. На выходе регулятора рулевого привода - δ таким образом формируется сигнал: δзд=Δδкор.

2а. Сигнал управления оборотами подруливающего устройства - nпод формируется, используя сигнал - (γ-γзд) из в блока разностей):

при наличии сигнала сектора а) nподр.зд=-K3(γ-γзд),

или при наличии сигнала сектора в) nподр.зд=+K3(γ-γзд).

Сигнал - nподр.зд вводится на вход регулятора оборотов подруливающего устройства - nподр, на выходе регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nподр формируется сигнал nподр=nподр.зд, который вводится на вход привода оборотов подруливающего устройства.

3а. Сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δnзд формируется, используя сигнал (Ф-Фзд) из блока разностей):

при наличии сигнала сектора а) Δnзд=-K4(Ф-Фзд),

или при наличии сигнала сектора в) Δnзд=+K4(Ф-Фзд).

Сигнал - Δnзд вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - n. На выходе регулятора оборотов гребного вала - n формируется сигнал:

nзд=Δnзд+K1(V-Vзд)+ƒ(n,V).

Б. Формируем в блоке коррекции сигналов управления точные законы управления движением судна, если ПУ находится в секторе б) или г) (блока 4-х секторов путевого угла).

1б. Сигнал точного закона управления рулевым приводом - Δδкор формируем, используя сигналы (Ф-Фзд), dФ/dt из блока разностей:

при наличии сигнала сектора - б) Δδкор=-K5(Ф-Фзд)-K2dФ/dt,

или при наличии сигнала сектора - г) Δδкор=+K5(Ф-Фзд)+K2dФ/dt.

Сигнал - Δδкор вводится на вход регулятора рулевого привода - δ, а сигналы K1(ПУ-ϕзд)+K2ω, подключенные к входу регулятора рулевого привода (из приемника СНС и задатчика маршрута), отключают. На выходе регулятора рулевого привода - δ таким образом формируется сигнал: δзд=Δδкор.

2б. Сигнал оборотов подруливающего устройства - nподр формируем, используя сигнал - (Ф-Фзд) из блока разностей:

при наличии сигнала сектора - б) nподр.зд=-K5(Ф-Фзд),

или при наличии сигнала сектора - г) nподр.зд=+K5(Ф-Фзд).

Сигнал - nподр.зд вводится на вход регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nпод. Сигнал с выхода регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nподр вводится на вход подруливающего устройства: nподр=nподр.зд.

3б. Сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δnзд формируем, используя сигнал - (γ-γзд) из блока разностей:

при наличии сигнала сектора - б) Δnзд=-K3(γ-γзд),

или при наличии сигнала сектора - г) Δnзд=+K6(γ-γзд),

затем сигнал - Δnзд вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - n. Сигнал с выхода регулятора оборотов гребного вала - n вводят на вход привода оборотов гребного вала: nзд=Δnзд+K1(V-Vзд)+ƒ(n,V).

Таким образом, сформированы законы точного управления движением судна с использованием регулятора рулевого привода - δ, регулятора оборотов гребного вала - n и регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nподр. Через интервал времени Δt в блоке сравнения формируется сигнал | П У φ з д | . Если выполняется условие | П У φ з д | C 1 , то через следующий интервал времени Δt в блоке сравнения формируется сигналя | П У φ з д | … Через интервал времени mΔt, при выполнении условия | | П У φ з д | C 1 повторяется цикл установки точного управления с использованием текущих данных по широте, долготе и направлению вектора путевого угла (начиная с раздела см.выше: «Б. Формирование точного закона управления)…».

Если через nΔt (где обычно n>m) интервалов времени в блоке сравнения сформируется сигнал | П У φ з д | C 1 , то начнется формирование штатного закона управления.

Аа. Формирование штатного закона управления

В случае перехода на новое направление движения судна (при выполнении условия в блоке сравнениям | П У φ з д | C 1 ) включается штатное управление (переход на штатное управление по заданному путевому углу и заданной скорости хода судна в соответствии с законами управления (1) и (2)) с точного закона управления по широте и долготе). Переход производится при существенном отклонении путевого угла от заданного угла курса: | П У φ з д | C 1 в следующей последовательности:

- сигналы - ПУ и ϕзд (из приемника СНС и задатчика маршрута) подключают к входу регулятора: рулевого привода - δ,

- сигналы - V и Vзд (из приемника СНС и задатчика маршрута) подключают к входу регулятора оборотов гребного вала - n,

- сигнал угловой скорости - ω формируют в регуляторе рулевого привода - δ и подключают к его входу,

- сигналы закона точного управления с выхода блока коррекции сигналов управления, подключенные к входу регуляторов: рулевого привода - δ, оборотов гребного вала - n и привода оборотов подруливающего устройства - nподр, отключают (формируется управление рулевым приводом по закону (1) и приводом оборотов гребного вала по закону (2) (подруливающее устройство отключается).

Через интервал времени Δt в блоке сравнения вновь формируется сигнал | П У φ з д | и сравнивается с постоянной C1.

Если | П У φ з д | > C 1 , то через следующий интервал времени Δt вновь формируется сигнал | П У φ з д | и сравнивается с постоянной C1… (остается штатное управление).

Если | П У φ з д | C 1 , то формируются сигналы для формирования точных законов управления, т.е. возвращаемся к разделу, см. выше: «Б. Формирование точного закона управления)…».

Система автоматического управления движением судна по заданной траектории (см. фиг.)

Рассмотрим систему автоматического управления движением судна по заданной траектории, структура которой разработана с использованием предлагаемого способа управления движением судна по заданной траектории. К штатному режиму управления движением, при котором в качестве основной информации используются сигналы путевого угла - ПУ и скорости хода V, добавлен режим точного управления с использованием в качестве основной навигационной информации текущей и заданной широты - Ф, Фзд и долготы - γ, γзд судна).

Система содержит: приемник спутниковой навигационной системы (СНС) - 1, задатчик маршрута - 2, регулятор рулевого привода δзд - 3, рулевой привод - 4, регулятор привода оборотов гребного вала nзд - 5, привод оборотов гребного вала - 6, регулятор оборотов подруливающего устройства nподр - 7, подруливающее устройство - 8, блок сравнения - 9, блок разностей - 10, блок коррекции сигналов управления - 11, блок 4-х секторов путевого угла - 12, судно - 13 (объект управления). Все связи между блоками системы приведены на фиг. Реализация предлагаемой системы может быть осуществлена с использованием микросхем типа 140-УД 6 и 140 УД-8:

- сумматоры: блоки: 2, 3, 5, 7, 9, 10, 11,

- интегратор 12.

Задатчик маршрута - 2 - программный блок формирования сигналов: заданного значения угла курса и скорости хода, а также заданных широт и долгот для движения по заданной траектории от точки Д к точке Б…

Штатные судовые системы:

- приемник СНС-1 (с возможностью выработки угловой скорости - ω с точностью не ниже 0,05 гр/с, сигнал dϕ/df может формироваться также в регуляторе рулевого привода δзд - 3).

- рулевой привод - 4,

- привод оборотов гребного вала - 6,

- подруливающее устройство - 8.

Система автоматически обеспечивает движение корабля по заданной траектории в двух режимах: как при штатном режиме управления, так и при законе точного управления.

1а. Штатный режим управления реализуется по путевому углу - ПУ=ϕзд з

В регулятор рулевого привода 0-3 вводятся сигналы:

- ПУ - текущего путевого угла (с приемника CHC-1),

- ϕзд - заданного (программного) угла курса (с задатчика маршрута - 2),

- ω - угловой скорости судна (которая формируется в регуляторе рулевого привода δ - 3).

Таким образом, формируется закон управления рулевым приводом - 4:

δ з д = K 1 ( П У φ з д ) + K 2 ω ( 1 ) ;

где: δзд - заданный угол перекладки руля,

ПУ, ϕзд(t) - путевой угол и заданный (программный) угол курса, G) - угловая скорость судна,

K1 K2 - коэффициенты регулирования;

Сигнал δзд в зависимости (1) (с выхода регулятора рулевого привода - 3) вводится на вход рулевого привода - 4, это обеспечивает вывод судна на путевой угол - ПУ, равный заданному (программному) углу курса - ϕзд.

1б. Типовое (штатное) управление скоростью хода судна - V=Vзд.

Для управления скоростью хода судна используют сигналы заданной скорости хода - Vзд (из задатчика маршрута - 2) и текущей скорости хода - V (из приемника СНС - 1), которые вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - 5 (на выходе регулятора - 5 формируется закон управления приводом оборотов гребного вала - 6):

nзд=K1(V-Vзд)+ƒ(n,V), где:

nзд - заданные обороты гребного вала,

ƒ(n, V) - штатный закон управления приводом гребного вала - 6,

(V-Vзд) - сигнал рассогласования по скорости хода судна.

Штатный закон управления (1) и (2) формируется в системе только при величине модуля рассогласования - путевого угла - ПУ (из приемника СНС-1) и заданного угла курса - ϕзд (из задатчика маршрута - 2) больше С1: | П У φ з д | > C 1 . Эта зависимость формируется в блоке сравнения - 9 и только при выполнении этого условия формируется штатный закон управления (1), (2) в регуляторе рулевого привода - 3 и регуляторе привода оборотов гребного вала - 5.

Формирование и использование закона точного управления движением судна производится при удовлетворении зависимости: | П У φ з д | C 1 , которая может вырабатываться в блоке сравнения - 9 вместо зависимости | П У φ з д | > C 1 . При этом в блок разностей - 10 из приемника СНС - 1 поступит текущая широта - Ф и долгота - 7, а из задатчика маршрута - 2 - заданная широта - Фзд и заданная долгота - γзд Для формирования сигналов: (Ф-Фзд), (γ-γзд) и сигналов, производных от сигналов широты - dФ/dt и долготы - dγ /dt, которые вводятся в блок коррекции законов управления - 11, в блок коррекции законов управления - 11 также вводится сигнал одного из четырех секторов, в котором находится вектор путевого угла а), или б), или в), или г) (из блока 4-х секторов путевого угла - 12). Для формирования в блоке - 12 сигнала одного из четырех секторов, в котором находится вектор путевого угла., сигнал путевого угла - ПУ (из приемника СНС) вводится в блок - 12. В блоке коррекции сигналов управления - 11 по сигналу сектора: а), или б) или в) или г) (из блока 12), а также сигналам разностей (Ф-Фзд) и (γ-γзд) и сигналам производных от сигналов широты - dФ/dt и долготы - dγ/dt из блока разностей 10 формируют законы точного управления в регуляторах:

1. рулевого привода - δ - 3 - Δδкор, которые вводятся в регулятор - 3, а сигналы K1(ПУ-ϕзд)+K2ω отключают (раннее подключенные к входу регулятора - 3 при штатном управлении),

2. оборотов подруливающего устройства - nподр - 7. сигнал - nподр.зд - формируется в регуляторе - 7.

3. оборотов гребного вала nзд - 5 сигнал - Δnзд - формируется в регуляторе - 5.

(Формирование сигналов Δδкор, nподр.зд, Δnзд - подробно рассмотрено в описании изобретения.)

При выработке в блоке сравнения - 9 неравенства | П У φ з д | > C 1 :

- сигналы корректировки трех законов точного управления из блоке - 11. отключают от регуляторов: - 3, 5 и 7,

- в блоке 3 сигнал из приемника СНС-1 - ПУ и сигнал из задатчика маршрута - 2 - ϕзд подключают к входу регулятора рулевого привода - 4,

- формируют в блоке 3 сигнал ω, который вводят на вход регулятора - 4, возвращаясь тем самым к закону штатного управления (1),

- отключают привод подруливающего устройства - 8.

Моделирование рассмотренного выше способа автоматического управления движением судна подтвердило его работоспособность, а следовательно, и высокую эффективность использования предложенного способа управления движением судна по заданной траектории.

Способ управления движением судна по широте и долготе, основанный на использовании: приемника спутниковой навигационной системы (СНС), задатчика маршрута, регулятора рулевого привода - δ, рулевого привода, регулятора привода оборотов гребного вала - n, привода оборотов гребного вала; сигналы путевого угла - ПУ (из в приемника СНС) вводят на вход регулятора рулевого привода - δ, сигнал скорости хода судна - V (из приемника СНС) вводят на вход регулятора привода оборотов гребного вала - n, сигнал заданного угла курса - φзд (из задатчика маршрута) вводят на входы регулятора рулевого привод - δ, сигнал заданной скорости хода - Vзд (из задатчика маршрута) вводят на вход регулятора привода оборотов гребного вала - n, сигнал заданного угла перекладки руля - δзд (из регулятора рулевого привода - δ) вводят на вход рулевого привода, сигнал заданных оборотов гребного вала - nзд (из регулятора привода оборотов гребного вала - n) вводят на вход привода оборотов гребного вала, отличающийся тем, что используют блок 4х секторов путевого угла, регулятор оборотов привода подруливающего устройства - nподр, подруливающее устройство, блок сравнения, блок разностей и блок коррекции сигналов управления; сигнал - ПУ (из приемника СНС) и сигнал - φзд (из задатчика маршрута) вводят на вход блока сравнения, в котором формируют модуль разности сигналов |ПУ-φзд| и сравнивают с постоянной С1, если |ПУ-φзд|>C1, то сигналы ПУ и φзд отключают от входа блока сравнения, через интервал времени Δt сигналы: ПУ и φзд вводят в блок сравнения, формируют модуль разности сигналов |ПУ-φзд| и сравнивают с постоянной C1, если |ПУ-φзд|>C1, то вновь через интервалы времени Δt в блоке сравнения повторяют операцию сравнения,
если |ПУ-φзд|≤C1, то производится формирование точного управления: в блоке разностей из сигналов текущей широты судна - Ф (из приемника СНС) и заданной широты судна - Фзд (из задатчика маршрута), текущей долготы судна - γ (из приемника СНС) и заданной долготы - γзд (из задатчика маршрута) формируют сигналы разности (Ф-Фзд), (γ-γзд) и сигналы производных от сигналов широты - dФ/dt и долготы - dγ/dt. Сформированные сигналы: (Ф-Фзд), (γ-γзд), dФ/dt и dγ/dt вводят в блок коррекции сигналов управления; в блок 4х секторов путевого угла вводят сигнал - ПУ (из приемника СНС) и по сигналам углов граничных значений четырех секторов (введенных в блок 4х секторов путевого угла), в котором находится - ПУ:
а) (-π/4)=+7π/4 <ПУ<+π/4,
б) или +π/4 <ПУ<+3π/4,
в) или +3π/4 <ПУ<+5π/4,
г) или +5π/4 <ПУ<+7π/4=(-π/4);
формируют сигнал одного из четырех секторов: а), или б), или в), или г), в котором находится ПУ; в блок коррекции сигналов управления вводят сигнал этого сектора, формируют сигналы законов точного управления: рулевым приводом, приводом подруливающего устройства, приводом гребного вала, когда путевой угол - ПУ находится в секторе: а), или б), или в), или г):
- сигнал закона управления рулевым приводом - Δδкор (при нахождении путевого угла ПУ в секторе а) или в), используя сигналы: (γ-γзд), dγ/dt из блока разностей):
при наличии сигнала сектора а) Δδкор=-К1(γ-γзд)-К2 dγ/dt,
или при наличии сигнала сектора в) Δδкор=+К1(γ-γзд)+К2 dγ/dt,
сигнал Δδкор вводится на вход регулятора рулевого привода - δ, а сигналы К1 (ПУ-φзд)+К2 ωзд, подключенные к входу регулятора рулевого привода - δ (из приемника СНС и задатчика маршрута), отключают (сигнал на выходе регулятора управления рулевым приводом принимает вид: δзд=Δδкор, этот сигнал вводится на вход рулевого привода - δ),
- сигнал оборотов привода подруливающего устройства - nподр.зд (при нахождении путевого угла ПУ в секторе а) или в), используя сигнал - (γ-γзд) из блока разностей:
при наличии сигнала сектора а) nподр.зд=-К3(γ-γзд),
или при наличии сигнала сектора в) nподр.зд=+К3(γ-γзд),
сигнал - nподр.зд формируется в регуляторе оборотов привода подруливающего устройства - nподр, сигнал управления приводом оборотов подруливающего устройства при этом принимает вид: nподр=nподр.зд, который вводится на вход приводом оборотов подруливающего устройства;
- сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δnзд (при нахождении путевого угла ПУ в секторе а) или в), используя сигнал - (Ф-Фзд) из блока разностей):
при наличии сигнала сектора a) Δnзд=-К4(Ф-Фзд),
или при наличии сигнала сектора в) Δnзд=+К4(Ф-Фзд),
сигнал - Δnзд вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - n, сигнал закона управления оборотами гребного вала принимает вид:
nзд=Δnзд1(V-Vзд)+f(n, V),
сформированный в регуляторе оборотов гребного вала - n, сигнал - nзд вводится на вход привода оборотов гребного вала;
- сигнал управления рулевым приводом вида - Δδкор (при нахождении путевого угла ПУ в секторе б) или г), используя сигнал - (Ф-Фзд), dФ/dt из блока разностей):
при наличии сигнала сектора б) Δδкор=+К3(Ф-Фзд)+К6 dФ/dt
или при наличии сигнала сектора г) Δδкор=-К5(Ф-Фзд6 dФ/dt, сигнал - Δδкор вводится на вход регулятора рулевого привода - δ, а сигналы: К1(ПУ-φзд)+К2 ω, подключенные к входу регулятора рулевого привода (из приемника СНС и задатчика маршрута), отключают, управление рулевым приводом принимает вид: δзд=Δδкор, этот сигнал вводится на вход рулевого привода - δ;
- сигнал оборотов привода подруливающего устройства (при нахождении путевого угла ПУ в секторе б) или г), используя сигнал - (Ф-Фзд) из блока разностей):
при наличии сигнала - сектора б) nподр.зд=-К5(Ф-Фзд),
или при наличии сигнала - сектора г) nподр зд=+К5(Ф-Фзд),
сигнал - nподр.зд вводится на вход регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nподр, который затем вводится на вход подруливающего устройства;
- сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δnзд (при нахождении путевого угла ПУ в секторе б) или г), используя сигнал - (γ-γзд) из блока разностей):
при наличии сигнала сектора б) Δnзд=-К4(γ-γзд),
или при наличии сигнала сектора г) Δnзд=+К4(γ-γзд),
сигнал - Δnзд вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - n (управление оборотами гребного вала - n принимает вид:
nзд=Δnзд1(V-Vзд)+f(n, V), сформированный в регуляторе оборотов гребного вала - n сигнал - nзд вводится на вход привода оборотов гребного вала;
через интервал времени Δt сигнал путевого угла - ПУ (из приемника СНС) и сигнал заданного угла курса - φзд (из задатчика маршрута) вводят в блок сравнения, в котором формируют сигнал модуля разности |ПУ-φзд| и сравнивают с постоянной С1, если модуль разности |ПУ-φзд|≤C1, то через интервал времени Δt сигналы: ПУ и φзд вновь вводят в блок сравнения, формируют модуль разности сигналов - |ПУ-φзд| и сравнивают с постоянной C1, … в момент времени mΔt формируют модуль разности сигналов - |ПУ-φзд| и сравнивают с постоянной C1 и если |ПУ-φзд|>С1, то формируют штатное управление движением судна:
- сигналы - ПУ и φзд (из приемника СНС и задатчика маршрута) подключают к входу регулятора рулевого привода - δ,
- сигналы - V и Vзд (из приемника СНС и задатчика маршрута) подключают к входу регулятора оборотов гребного вала - n,
- сигнал угловой скорости - ω формируют в регуляторе рулевого привода - δ и подключают к его входу,
- сигналы с выхода блока коррекции сигналов управления, подключенные к входу регуляторов: рулевого привода - δ, оборотов гребного вала - n и оборотов подруливающего устройства - nподр, отключают (таким образом формируется управление рулевым приводом по закону (1) и приводом оборотов гребного вала по закону (2)) через интервал времени Δt в блоке сравнения вновь формируют сигнал |ПУ-φзд|, сравнивают с постоянной C1 и если |ПУ-φзд|>С1, то через интервал времени Δt вновь формируется сигнал модуля |ПУ-φзд|… (остается штатное управление), в момент времени nΔt при выполнении условия |ПУ-φзд|≤С1 формируют точное управление:
в блоке разностей из сигналов текущей широты судна - Ф (из приемника СНС) и заданной широты судна - Фзд (из задатчика маршрута), текущей долготы судна - γ (из приемника СНС) и заданной долготы - γзд (из задатчика маршрута) формируют сигналы разности (Ф-Фзд), (γ-γзд) и сигналы производных от сигналов широты - dФ/dt и долготы - dγ/dt. Сформированные сигналы: (Ф-Фзд), (γ-γзд), dФ/dt и dγ/dt вводим в блок коррекции сигналов управления; в блок 4х секторов путевого угла вводят сигнал - ПУ (из приемника СНС) и по сигналам углов граничных значений четырех секторов (введенных в блок 4х секторов путевого угла), в котором находится - ПУ:
а) (-π/4)=+7π/4 <ПУ<+π/4,
б) или +π/4 <ПУ<+3π/4,
в) или +3π/4 <ПУ<+5π/4,
г) или +5π/4 <ПУ<+7π/4=(-π/4);
формируют сигнал одного из четырех секторов: а), или б), или в), или г), в котором находится ПУ; в блок коррекции сигналов управления вводят сигнал этого сектора, формируют сигналы законов точного управления: рулевым приводом, приводом подруливающего устройства, приводом гребного вала, когда путевой угол - ПУ находится в секторе: а), или б), или в), или г):
- сигнал закона управления рулевым приводом - Δδкор (при нахождении путевого угла ПУ в секторе а) или в), используя сигналы: (γ-γзд), dγ/dt из блока разностей):
при наличии сигнала сектора а) Δδкор=-К1(γ-γзд)-К2 dγ/dt,
или при наличии сигнала сектора в) Δδкор=+К1(γ-γзд)+К2 dγ/dt,
сигнал Δδкор вводится на вход регулятора рулевого привода - δ, а сигналы К1(ПУ-φзд)+К2 ωзд, подключенные к входу регулятора рулевого привода - δ (из приемника СНС и задатчика маршрута), отключают (сигнал на выходе регулятора управления рулевым приводом принимает вид: δзд=Δδкор, этот сигнал вводится на вход рулевого привода - δ),
- сигнал оборотов привода подруливающего устройства - nподр.зд (при нахождении путевого угла ПУ в секторе а) или в), используя сигнал - (γ-γзд) из блока разностей):
при наличии сигнала сектора а) nподр.зд=-К3(γ-γзд),
или при наличии сигнала сектора в) nподр.зд=+К3(γ-γзд),
сигнал - nподр.зд формируется в регуляторе оборотов привода подруливающего устройства - nподр, сигнал управления приводом оборотов подруливающего устройства при этом принимает вид: nпoдp=nподр.зд, который вводится на вход приводом оборотов подруливающего устройства;
- сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δnзд (при нахождении путевого угла ПУ в секторе а) или в), используя сигнал - (Ф-Фзд) из блока разностей):
при наличии сигнала сектора а) Δnзд=-К4(Ф-Фзд),
или при наличии сигнала сектора в) Δnзд=+К4(Ф-Фзд),
сигнал - Δnзд вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - n, сигнал закона управления оборотами гребного вала принимает вид:
nзд=Δnзд1(V-Vзд)+f(n, V),
сформированный в регуляторе оборотов гребного вала - n, сигнал - nзд вводится на вход привода оборотов гребного вала;
- сигнал управления рулевым приводом вида - Δδкор (при нахождении путевого угла ПУ в секторе б) или г), используя сигнал - (Ф-Фзд), dФ/dt из блока разностей);
при наличии сигнала сектора б) Δδкор=+К5(Ф-Фзд)+К6 dФ/dt
или при наличии сигнала сектора г) Δδкор=-К5(Ф-Фзд)-К6 dФ/dt,
сигнал - Δδкор вводится на вход регулятора рулевого привода - δ, а сигналы: К1(ПУ-φзд)+К2 ω, подключенные к входу регулятора рулевого привода (из приемника СНС и задатчика маршрута), отключают, управление рулевым приводом принимает вид: δзд=Δδкор, этот сигнал вводится на вход рулевого привода - δ;
- сигнал оборотов привода подруливающего устройства (при нахождении путевого угла ПУ в секторе б) или г), используя сигнал - (Ф-Фзд) из блока разностей):
при наличии сигнала сектора б) nподр.зд=-К5(Ф-Фзд),
или при наличии сигнала сектора г) nподр.зд=+К5(Ф-Фзд),
сигнал - nподр.зд вводится на вход регулятора привода оборотов подруливающего устройства - nподр, который затем вводится на вход подруливающего устройства;
- сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δnзд (при нахождении путевого угла ПУ в секторе б) или г), используя сигнал - (γ-γзд) из блока разностей):
при наличии сигнала сектора б) Δnзд=-К4(γ-γзд),
или при наличии сигнала сектора г) Δnзд=+К4(γ-γзд),
сигнал - Δnзд вводят на вход регулятора оборотов гребного вала - n (управление оборотами гребного вала - n принимает вид:
nзд=Δnзд1(V-Vзд)/+f(n, V), сформированный в регуляторе оборотов гребного вала - n сигнал - nзд вводится на вход привода оборотов, через интервал времени Δt сигналы: ПУ и φзд вводят в блок сравнения, формируют модуль разности сигналов |ПУ-φзд| и сравнивают с постоянной С1.



 

Похожие патенты:

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.

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).

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 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