Авторулевой

 

Оп ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских .Социалистических

Республик

<п842725

\ Ф-.:

===. "У==-:—

«Ф".«. (6l) Дополнительное к авт. свид-ву

{51)M. Кл . ,3

Q 0533 1/02 (22) Заявлено 11.06.. 79 (21) 2779852/18-24 с присоединением заявки.%

Гасударственный комитет (23) Приоритет на делам нзооретений и открытий

Опубликовано30.06.81. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 31 .06.81 (53) УДК 62.50 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б. Т. Бронко, Я. Г. Каплунов, Б. Е. Малофеев и Б. Н. 11!икова .

1 !

I с ( (71) Заявитель (54)АБТОРУ.1ЕБОЙ

Изобретение относится к судовой ав оматике и может быть использовано для автоматизации управления курсом судов и в аналоговых системах управления движением.

Известны авторулевые, предназначенные для маневрирования и стабилизации судов на желаембм курсе. Для этого в указанных авторулевых вырабатывается управляющий сигнал, представляющий собой сумму сигналов отклонения истинного курса от желаемого

1 скорости изменения курса и величины угла перекладки руля, и приводящий

1 к перемещению руля в сторону уменьше - 5 ния величины отклонения истинного курса от желаемого.

Так как измерение истинного курса, входящего в управляющий сигнал, при многократных циркуляциях судна затруднительно реализовать в ограниченном линейном диапазоне аналоговых устройств, то обычно формируется непосредственно сигнал отклонения етс2 тинного курса от желаемого с помощью тгндукционных машин приемника и задатчика курса, включенных по дифференциальной схеме, не позволяющей выделить сигнал истинного курса. Поэтому скорость изменения курса в сигнале управления. получают дифференцированием величины отклонения истинного курса от желаемого 111.

Непосредственное использование сигнала скорости изменения угла курса в суммарном управляющем сигнале приводит к излишним срабатываниям рулевого привода, реагирующего в этом случае на незначительные колебания курсового угла, вибрацию корпуса судна, высокочастотные случайные ветроволновые возмущения и другого рода помехи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является авторулевой, который предусматривает получение сигнала скорости изменения курса с тахогенератора двигателя

3 8427 следящего привода индукционной машинь приемника курса. Известный авторуле-, вой содержит сельсин-датчик, связанный с сельсином-приемником, фазочувствительный усилитель, двигатель, снабженный редуктором и имеющий тахогенератор, электрически связанный с усилителем мощности рулевого привода 12 .

Однако тахометрический скоростной сигнал имеет низкую точность при малых значениях скорости, соответствующих режиму стабилизации судна на желаемом курсе, и содержит погрешности отработки угла электро- 15 механическим следящим приводом.

Цель изобретения — повышение точности и помехозащищенности авторулевого.

Эта цель достигается тем, что в авторулевой, содержащий последовательно включенные усилитель мощности и рулевой привод с датчиком угла пере25 кладки руля и последовательно включенные вращающиеся трансформаторы — датчик и приемник курса, фазочувствительный усилитель и двигатель, на валу которого установлены тахогенератор> выходом подключенный ко второму

30 входу фазочувствительного усилителя, И редуктор, механически подсоединенный к приемнику курса и к дифференциалу„ кинематически соединенному с задатчиком курса и датчиком угла рассогласования, введены два интегратора, входами подключенные к выходу приемника курс=", и блок вычитания, входы которого подключены к выходу датчика угла перекладки руля и выходу первого

40 интегратора, а выход — ко второму входу второго интегратора и ко второму входу усилителя мощности, третий вход которого подключен к выходу второго интегратора и третьему входу фазочувствительного усилителя, а третий вход усилителя мощности подключен к выходу датчика угла рас,согласования, На чертеже изображена блок-схема

S0 авторулевого .

Авторуг!евой состоит из вращающегося трансформатора 1 — датчика угла курса, вращающегося трансформатора 2 — приемника, фазочувствитель- . ного усилителя 3, двигателя 4, связанного с ротором вращающегося трансформатора 2 через редуктор 5 и с тахогенератором 6 непосредственно, 25

4 дифференциала 7, задатчик 8 курса, датчик 9 угла рассогласования, усили9 тель 10 мощности, подключенный к рулевому приводу 11 с датчиком 12 угла перекладки руля, интеграторы !3 и 14 и блок 15 вычитания, Авторулевой работает следующим образом.

Вращающийся трансформатор 1 — датчик текущего угла курса судна-имеет четырехпроводную синхронную связь с вращающимся трансформатором(ВТ) 2 приемником курса, вследствие чего на его роторной обмотке возникает сигнал разности углов разворота осей роторов вращающихся трансформаторов 1 и 2. 3Т0Т разностный сигнал является сигналом ошибки для электромеханического следящего контура, состоящего из фазочувствительного усилителя 3, двигателя 4 с редуктором 5, через который угол разворота оси ротора ВТ 2 приводится в соответствие с углом поворота ВТ 1, При этом сигнал скорости вращения двигателя 4, получаемый с тахогенератора б, поступает в фазочувствительный усилитель 3, компенсируя его входной сигнал, благодаря чему скорость двигателя 4 при отработке сигнала ошибки в начальный момент пропорциональна величине входного сигнала.

Одновременно с вращением оси ротора PB 2 производится разворот одной из шестерен дифференциала 7. Для задания желаемого угла курса судоводитель с помощью задатчика 8 курса разворачивает на соответствующий угол другую шестерню дифференциала 7, Разностный угол разворота шестерен дифференциала 7 преобразуется в датчике 9 рассогласования в пропорциональный электрический сигнал отклонения истинного курса судна от желаемого, который поступает в усилитель 10 мощности рулевого привода ll, Кроме описанного выше электромеханического следящего контура, авторулевой снабжен двумя дополнительными следящими контурами. Первый из них образован замкнутой цепью из элементов ВТ 2, интегратора 13, фазочувствительного усилителя 3 и двигателя 4 с тахогенератором 6 и редуктором 5.

В этом контуре выходной сигнал интегратора 13 одновременно является входным сигналом фазочувствительного усилителя 3, пропорциональным текущей

5 8427 скорости вращения электродвигателя 4, обеспечивающего слежение за истинным углом курса судна, Поэтому выходной сигнал интегратора 13 представляет собой оценку скорости изменения текуще-5

ro курса, высокочастотные составляющие которой, т.е. помеха, фильтруютСя за счет постоянных времени следящего контура, включающих в себя постоянную времени интегратора 13 и постоянную времени замкнутой цепи из фазочувствительного усилителя 3, двигателя 4 и тахогенератора 6, образующей электромеханический интегратор. Причем на точность полученной оценки скорости 15 не влияет скорость задания желаемого курса, как это имело бы место в случае дифференцирования сигнала рассогласования по курсу, а неравномерность вращения двигателя следящего gp привода ВТ вЂ” приемника курса — оказывается сглаженной.

Второй дополнительный следящий контур представляет собой замкнутуцепь из ВТ 2, интегратора 14, блока 25

15 вычитания, интегратора 13, фазочувствительного усилителя 3 и двигателя

4 с тахогенератором 6 и редуктором 5.

Выходной сигнал интегратора 14, входящего в этот контур, пропорциона- 30 лен скорости изменения выходного сигнала интегратора 13, т.е. является оценкой ускорения изменения текущего курса судна, отфильтрованной от помех постоянными времени указанного вы-35 ше электромеханического интегратора и интеграторов 13 и 14.

Сигналы скорости и ускорения изменения текущего курса, получаемые с интеграторов 13 и 14, а также сигнал 4о по рассогласованию между текущими и заданным курсом судна с датчика 9 суммируются в усилителе 10 мощности, образуя управляющий сигнал на рулевой привод 11. 45

Однако указанные выше постоянные времени следящих контуров, обеспечивая помехозащищенность авторулевого, вносят запаздывание в управляющий сигнал, что может приводить к снижению устойчивости процесса стабилизации судна на желаемом курсе. Для сохранения устойчивости в блок 15 вычитания вводится форсирующий сигнал угла перекладки руля с датчика 12, устраняющий запаздывание управляющего сигнала, Это обусловлено тем, что угол перекладки руля, соответствующийг

25 6 величине управляющего воздействия и. поэтому пропорциональный действительному ускорению изменения курса судна,,корректирует значения оценок второй и первой производных курсов, поступающих с интеграторов 13 и 14 в усилитель 10 мощности для формирования управляющего сигнала.(Для исключения ошибок при наличии инфранизкочастотных внешних возмущений в блоке 15 вычитания вырабатывается сигнал текущего угла перекладки руля минус балансировочное значение угла перекладки руля, По суммарному управляющему сигналу разворачивается руль для приведения на заданный курс и удержания на нем судна в течение времени стабилизации.

Как показывают расчеты и математическое моделирование, предлагаемыйавторулевой позволяет избежать излишних срабатываний рулевого привода, сократив их общее число в 1,5-2 раза, а при интенсивных ветроволновых возмущениях — в 2-3 раза, что способствует продлению его моторесурса и повышению надежности всей системы управления.

Формула изобретения г

Авторулевой, содержащий последо.— вательно включенные усилитель мощности и рулевой привод с датчиком угла перекладки руля и последовательно вхлюченные вращающиеся трансформаторыдатчик и приемник курса, фазочувствительный усилитель и двигатель, на валу которого установлены тахогенератор, выходом подключенный ко второму входу фазочувствительного уснлителя, и редуктор, механически подсоединенный к приемнику курса и к дифференциалу, кинематически соединенному с задатчиком курса и датчиком угла рассогласования, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьппения.точностии помехозащищенности авторулевого, в него введены два интегратора, входами подключенные к выходу приемника курса, и блок вычитания, входы которого подключены к выходу датчика угла перекладки руля и выходу первого интегратора, а выход— ко второму входу второго интегратора и ко второму входу усилителя мощно842725 сти, третий вход которого подключен к выходу второго интегратора и третьему входу фазочувствительного усилителя, а третий вход усилителя мощности под.:лючен к выходу датчика

5 угла рассогласования, .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 460534, кл. G 05 3 1/ОО, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 615456, кл. Я 05Д 1/00 (прототип), Составитель Г. Шлейер

Редактор Н. Кешеля Техред Н. Бабурка Корректор Н, Бабинец

Заказ 5097/56 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная,4