СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА
METHOD OF SHIP HANDLING

Предлагаемое изобретение относится к области судовождения - автоматическому управлению движением судна по заданному направлению с использованием регуляторов оборотов гребных винтов.
Известен способ автоматического управления движением судна по заданному курсу, реализованный в «Системе автоматического управления движением судна» (патент России № 2248914, БИ № 9, март 05 г.). Способ управления движением судна основан на использовании информации о фазовом состоянии судна для управления только рулевым приводом судна.
Известен также способ автоматического управления движением судна (патент России № 2292289, БИ № 3, 27.01.07, принятый нами в качестве прототипа), в котором используют рулевой привод, сумматор, датчики: курса, угловой скорости судна, перекладки руля, с которых сигнал угловой скорости судна, сигнал угла перекладки руля и сигнал угла курса вводят на вход сумматора. Сигнал, сформированный на выходе сумматора, подают на вход рулевого привода:
зд
1
2
3
δ=КΔφ+Кω-Кδ    (1)
зд
где Δφ=φ-φ - сигнал рассогласования по курсу,
зд
φ, φ - сигналы текущего и заданного курса,
зд
δ, δ - сигналы текущего и заданного значения угла перекладки руля,
ω - сигнал угловой скорости судна.
Недостатками рассмотренных способов автоматического управления движением судна являются:
- появляющееся от воздействий внешних возмущений среднее отклонение курса судна от заданного направления движения,
- смещение балансировочного значения угла руля от нулевого положения при наличии неодинаковой тяги гребных винтов судна и возмущающего момента от волнения и ветра, действующего на судно,
- появление угла дрейфа судна из-за отклонения руля на балансировочное значение, отличное от нуля.
Целью предлагаемого способа является компенсация возмущающего момента, действующего на судно, путем введения корректировки тяги гребных винтов.
Рассмотрим как устраняются отмеченные выше недостатки в предлагаемом способе управления.
Предлагаемое изобретение базируется на использовании известного способа автоматического управления движением судна с управлением кормовым рулем, в котором дополнительно формируют сигнал для корректировки оборотов левого и правого гребных винтов судна. Управляющий момент, создаваемый раздраем оборотов левого и правого гребных винтов, компенсирует возмущающий момент. При этом отмеченных три недостатка ликвидируются.
ср
В способе управления движением судна алгебраически суммируют сигналы с задатчика и датчика курса для формирования сигнала рассогласования по углу курса Δφ. Сигналы: рассогласования по углу курса, угловой скорости (с датчика угловой скорости) и угла перекладки руля (с датчика угла руля) вводят на вход сумматора для формирования сигнала управления, который затем подают на вход рулевого привода в соответствии с зависимостью (1). Дополнительно используют блок коммутации, блок управления, два корректора оборотов двух гребных винтов. Сигнал угла перекладки руля с датчика угла руля вводят в блок управления, где формируется сигнал среднего значения угла перекладки руля δ, который используют для формирования сигналов коррекции оборотов левого и правого гребных винтов в соответствии с зависимостью:
где
ср
δ - среднее значение угла перекладки руля,
1
2
К>100 K - постоянные коэффициенты.
лев
прав
Сигналы коррекции оборотов левого и правого гребных винтов Δn, Δn вводят соответственно в корректоры оборотов левого и правого гребных винтов.
зд
лев
прав
Сигнал заданного значения угла курса φ из блока задатчика курса вводят в блок коммутации для формирования сигнала отключения коррекции Δn=0, Δn=0 при выполнении условия:
лев
прав
Сигнал отключения коррекции из блока коммутации вводят в блок управления для перевода Δn, Δn в нулевое состояние.
Для иллюстрации работы предложенного способа рассмотрим устройство автоматического управления движением судна с коррекцией тяги.
На чертеже приведена блок-схема, содержащая: задатчик курса - 1, датчик курса - 2, датчик угловой скорости - 3, датчик угла руля - 4, сумматор - 5, рулевой привод - 6, судно - 7, блок коммутации - 8, блок управления - 9, корректоры оборотов левого и правого гребных винтов - 10, 11.
Устройство может быть реализовано на типовых датчиках угла: 1, 2, 4 с точностью преобразования не хуже 2.5%; сумматор - 5 и блок управления - 9 - на усилительных микросхемах типа 140 УД 8; датчик угловой скорости - 3 с чувствительностью не ниже 0.05 гр./с; блок коммутации - 8 - электромагнитное реле; корректоры оборотов - 10, 11 - суммирующие устройства в штатных регуляторах оборотов левого и правого гребных винтов; рулевой привод - 6 - штатный судовой.
Рассмотрим работу устройства автоматического управления движением судна с коррекцией тяги.
зд
Судно движется по курсу, равному заданному значению курса φ, который формируется задатчиком курса - 1. При отклонении судна от заданного курса осуществляется автоматическое возвращение на прежний курс, т.к. на вход сумматора - 5 поступит сигнал рассогласования по курсу:
где φ - текущий курс судна, с датчика курса - 2.
На выходе сумматора - 5 формируется сигнал управления рулевым приводом - 6 (см. (1)):
зд
1
2
3
δ=КΔφ+Кω-Кδ.
зд
зд
Сигнал δ с выхода сумматора - 5 поступает на вход рулевого привода, руль корабля δ отклоняется на угол δ и судно возвращается на прежний курс.
В процессе плавания в блоке управления - 9 формируется сигнал среднего значения угла перекладки руля по сигналу текущего значения угла перекладки руля δ от датчика угла руля - 4; на выходе блока - 9 формируется сигнал коррекции оборотов левого и правого гребных винтов в соответствии с зависимостью (2), который поступает на входы корректоров оборотов:
правого гребного винта со знаком «+»,
левого гребного винта со знаком «-»
лев
1
ср
2
cp
Δn=-(Kδ+К∫δdt),
прав
1
ср
2
cp
Δn=+(Kδ+К∫δdt).
ср
Это приведет при δ>0 к уменьшению оборотов левого кормового винта и увеличению оборотов правого кормового винта. (Балансировочное значение угла перекладки руля приблизится к нулевому значению, т к. суммарный момент, действующий на судно, будет около нуля.)
зд
лев
прав
При изменении направления движения судна по сигналу φ из задатчика курса (1) в блоке коммутации (8) формируется условие (3). При выполнении условия (3) сигнал отключения коррекции из блока (8) поступает в блок управления (9) для отключения коррекции Δn=0, Δn=0.
Проведенное моделирование подтвердило эффективность использования предложенного способа управления движением судна.