Способ управления курсом речного судна

 

Союз Советскмх

Социалистических

Республмк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii) 758902

К АВТРРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 13.12.78 (21) 2700104/18-24 (51)М. Кл. с присоединением заявки Йо

G 05 0 1/00

Государственный комитет

СССР по делам нзабретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070981, Бюллетень 14о 33

Дата опубликования описания 07. 09. 81 (53) УДК 82-Ьо (088. 8) (72) Автор изобретения

Г.Э. Шлейер

Ордена Ленина институт проблем управления (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУРСОМ РЕЧНОГО СУДНА

Изобретение относится к области управления движением подвижными обь. ектами, в частности, управления угловым движением речного судна.

Существующие способы ручного управления угловым движением судна с использованием сигнала угла курса получили широкое распространение в настоящее время (1).

При управлении крупнотоннажными судами рулевой перекладывает руль в нужном направленчи и, не доходя до заданного направления движения судна, производит обратную перекладку руля.

Недостатком такого способа управления является трудность определения момента обратной перекладки руля.

В авторулевых типа "АБР" в режимЕ ручного управления для повыаения качества ручного управления момент начала сдерживания формируется по сумме двух сигналов

25 тек "o.с сг (s) где Кр — коэффициент обратной связи, перестраиваемяй в зависимости от скорости хода судна;

30 текущий курс судна;

g — угол перекладки руля.

Зависимость (1) образования будущего (предсказанного) углового положения судна справедлива только для фиксированной скорости хода и конкретной величины перехода судна по курсу.

С целью устранения этого недостатка был предложен способ управления курсом морского судна, в котором принята следующая стратегия управления при переходе на новый курс: перекладывают руль с максимальной скоростью в сторону заданного поворота судна, в момент, когда алгебраическая сумма сигналов текущего курса угловой скорости судна (c переменным весовым коэффициентом) и угла перекладки руля (также с переменным весовым коэффициентом) достигает величины требуемого (будущего) угла курса, перекладывают руль в обратную сторону с максимальной скоростью; затем формируют сигнал для определения второго момента времени, когда нужно изменить знак скорости перекладки руля, когда алгебраичес758902

d У ь = К40 где К где tî

К

1 кая сумма сигналов, образующих нредсказанное значение курса, начнет убывать и станет меньше заданного (будущего) значения курса f2).

Рассмотренный способ ручного управления весьма эффективен при управлении морскими судами и оказывается совершенно неприемлемым при управлении поворотом ручного судна.

Способ ручного управления, принятый нами в качестве прототипа, невозможно использовать без коррекции приведенной выше стратегии управления при управлении речным <=ygном. Это объясняется тем, что начало поворота речного судна обычно задают произвольным, но небольшим углом от- 15 клонения руля от нулевого положения, а одерживание (выход) на новое направление движения судна осуществляют также путем обратной перекладки руля на какое-то постоянное значение, Щ а н<. перекладкой руля с максимальной скоростью. При таком управлении формирование моментов переключения рулевого привода должно быть доопределено„ что представляет значительные трудности.

Иная стратегия управления речным судном объясняется существенным отличием динамических характеристик углового движения речного судна по сравнению с морским судном.

Неустойчивость углового движения присуща всем плоскодонным судам. В случае же управления речным судном наличие этого явления усугубляется еще и тем,. что рулевое управление речного судна обычно оборудовано не следящим рулевым приводом, как это сделано на большинстве морских судов, а интегрирующими приводами,т.е.:угол отклонения рукоятки рулевого интерва- ф) ла пропорционален скорости перекладки руля, а не углу перекладки руля.

Для рабочих диапазонов изменения угловой скорости процесс набора угловой скорости речного судна мож- 4 но представить в динамике интегрирующим звеном первого порядка: текущий угол поворота судHB угол перекладки руля; Б коэффициенты, зависящие от скорости хода судна, глубины под килем, осадки судна, угла дифферента; — производная г<о времени.

Тогда процесс поворота речногс судна на заданный угол можно представить для подавляющего числа возможных режимив эксплуатации в виде трех Il < ледовательно включенных интегра<.>ров коэффициент, эависящии от скорости хода судна осадки судна, глубины под килем;

dd

U - =— — скорость перекладки pydt ля (угол отклонения штурвала).

Как известно, управление даже двумя последовательно включенными интеграторами представляет определенную трудность, тем более сложно управление направлением движения речного судна, т.к. необходимо управлять тремя последовательно включенными интеграторами (3). Судоводитель отклоняет рулевой штурвал и задает тем самым скорость перекладки руля. Угол отклонения руля пропорционален интегралу от угла отклонения рулевого штурвала по времени, а угловая скорость судна пропорциональна двойному интегрированию угла отклонения рулевого штурвала по времени, а угол поворота судна — тройному интегралу угла отклонения рулевого штурвала по времени.

В то же время процесс перехода морского судна на новый курс при отклонении рулевого штурвала обычно может быть описан как произведение инерционного звена на одно интегрирующее, т.е. при разработке стратегии управления угловым движением речного судна необходимо учесть это существенное отличие.

Целью изобретения является повышение точности и.безопасности управления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления курсом речного судна путем осуществления в первый момент времени перекладки руля на угол, определяемый скоростью судна и заданным углом поворота, осуществления во второй момент времени обратной перекладки руля, а в третий момент времени сведения угла перекладки к нулю дополнительно определяют угловую скорость судна и соответствующее ей прогнозируемое приращение угла поворота судна и осуществляют обратную перекладку руля в момент, когда сумма текущего угла поворота и прогноэируемого приращения угла поворота судна равна заданному углу поворота, причем величину угла обратной перекладки руля определяют согласно зависимости где К вЂ” весовой коэффициент;

Ю - угловая скорость судна;

\/ — ! !; ;< i I <, < к

<гбратно!! перекладки руля уме>!ьшзют до нуля при достижении угловой скоростью нулевого значения.

Фасад

На фиг. 1 приведена зависимость угла перекладки руля <3 = t(t) (угол перекладки руля задает судоводитель).

На фиг. 2 приведена зависимость изменения угловой скорости судна но времени uU=

Рассмотрим процесс управления с использованием предложенного способа 20 (на примере процесса перехода речного судна по курсу, приведенного на фиг. 1,2), В случае необходимости изменения направления двих<ения судна с курса 25

$p до курса Чзад = предск перекладывают руль в требуемом направлении (в нашем случае руль переложен

+5 С) и остается переложенным до момента времени с.!, который является вторым моментом времени переключения.

В интервале времени Π† угловая скорость судна растет пропорционально углу перекладки руля (который постоянен) и времени (на фиг. 2 угловая скорость обозначена пунктирной линией).

Для определения второго момента времени переключения угла перекладки руля (в нашем случае t ) формируют сиг- " 40 ( нал, пропорциональный предсказанному значению будущего угла поворота судна, если в момент времени t начать процесс одерживания судна:

< прЕ с! =< ("!)+ь< прВ,, (+,!) (4) где 9 (+< ) — курс судна в момент времени

50 рость судна уменьшается пропорционально времени и в момент времени достигает нулевого значения.

Возвращение руля н нулевое положение произвоцят н момент, когда yrd÷

:.свая скорость — = О (н нашем слуdc чае это соответствует нремени t=t>i.

В момент времени с ) t судно выш3 ло на ноное направление движения с<,<к пр + ) <- з

Использование предложенного способа позволит сэкономить расход топлива на 2-3Ъ, сократить время перехода на новое направление движения без перерегулирования, т.е. без дополнительной потери времени и скорости хода судна, сократить процесс обучения судоводителей и повысить безопасность плавания.

Формула изобретения

Способ управления курсом речного судна путем осуществления и первый момент времени перекладки руля на угол, определяемый коростью судна и заданным углом поворота, осуществления во BTopQH момент времени обратной перекладки руля, а в третий момент времени сведения угла перекладки руля к нулю, о т л и ч а юшийся тем, что с целью повышения точности и безопасности управления, определяют угловую скорость судна и соответствующее ей прогнозируемое приращение угла поворота судна и осуществляют обратную перекладку руля в момент, когда сумма текущего угла поворота и прогнозируемого приращения угла поворота судна равна заданному углу поворота, причем величину угла обратной перекладки руля определяют согласно зависимости онр.перекл приращение курса в момент врел!ени tg .

Величину обратной перекладки руля определяют по совпадению сигнала уг- 55 ла перекладки руля с сигналом пропорциональным (5):

8 = К (Ь ) I — (— )! (6) онр.neрexл 2 <) д 60

С момента времени t, когда выпол2 нено условие (6), руль остается в отклоненном положении, угловая скогде К вЂ” весовой коэффициент; (в — угловая скорость судна; линейная скорость судна, после чего угол понорота обратной перекладки руля уменьшают до нуля при достижении угловой скоростью нулевого значения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Савченко Н.С., Анненков Н.П.

Бортовая система упранления БСУ-:3П. !

2. Шлейер Г.Э. Прогнозирование курса судна-,"Судостроение", У 12, 1976, с. 27-29 (прототип).

-S

-6

Составитель Л. Цалаггова

Редактор О. Стенина Техред A. Кч Корректор Н. Швыдкая

Заказ 6747/64

Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4