СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМСЯ СУДНОМ
METHOD OF CONTROL OVER SHIP AFLOAT

Изобретение относится к управлению движущимся судном и может быть использовано при позиционировании его в заданной точке плоскости.
Известен способ управления движущимся объектом (Пат. РФ №2263606, опубл. 10.11.2005), например судном, по величине поперечных смещений двух разнесенных по длине судна точек, условно называемых носовой F и кормовой А. В пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг.1-4), а другая к корме судна (точка А на фиг.1-4) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и A 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 для удержания его на заданной линии.
Координаты этих точек определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.
F
A
Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные смещения точки F (d) и точки A (d) от заданной линии. Причем поперечное смещение точки от заданной линии считается положительным, если она смещается вправо, и отрицательным, если она смещается влево (фиг.1-4).
Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:
F
F
A
A
σ=-k×d+k×d,
F
A
F
A
F
A
F
A
F
A
F
A
F
A
где k, k - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной линии. Это положительные величины, причем k больше k. Сигнал σ считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг.1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от заданной линии 2. Например, на фиг.1, 2 ДП судна 3 пересекает заданную линию 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F(d) и точки A(d), причем d больше 0, d меньше 0 (фиг.1) и d меньше 0, d больше 0 (фиг.2). В первом случае (фиг.1) согласно закону элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d и d и в конечном итоге к выходу судна на заданную линию; во втором случае (фиг.2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d, d и к выходу судна на заданную линию.
F
A
F
A
F
A
F
A
На фиг.3, 4 ДП 3 судна 1 не пересекает заданную линию 2, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные (фиг.3) и отрицательные (фиг.4). Знак σ и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов k и k (k больше k, если знаки поперечных смещений точек F и A одинаковы, фиг.3, 4; k и k будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, фиг.1, 2). Соотношение значений коэффициентов k и k выбирают из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления движения судна от заданного будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:
<mrow><msub><mi>k</mi><mi>A</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>F</mi></msub><mo>×</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>l</mi><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>d</mi><mi>F</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
,
где l - расстояние между точками F и А.
Однако для позиционирования управляемого судна в заданной точке и в заданном направлении рассматриваемый в качестве прототипа способ управления движущимся объектом (Пат. РФ №2263606) не обеспечивает выполнение условия вывода судна в позицию, когда текущее положение условной точки C (фиг.5) в горизонтальной плоскости будет совпадать с положением заданной точки D.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в соблюдении условия удержания позиционирующего судна в заданной точке, расположенной на заданной линии.
Для достижения указанного технического результата в способе управления движущимся судном, когда в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг.1-4), а другая к корме судна (точка A на фиг.1-4) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и A 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 положением судна относительно заданной линии.
Координаты этих точек определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.
F
A
Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные смещения точки F (d) и точки A (d) от заданной линии. Причем, поперечное смещение точки от заданной линии считается положительным, если она смещается вправо, и отрицательным, если она смещается влево (фиг.1-4).
Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:
F
F
A
A
σ=-k×d+k×d,
F
A
F
A
F
A
F
A
F
A
F
A
F
A
где k, k - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной линии. Это положительные величины, причем k больше k. Сигнал σ считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг.1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от заданной линии 2. Например, на фиг.1, 2 ДП 3 судна 1 пересекает заданную линию 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F(d) и точки A(d), причем d больше 0, d меньше 0 на фиг.1 и d меньше 0, d больше 0 (фиг.2). В первом случае (фиг.1) согласно закону элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d и d и в конечном итоге к выходу судна на заданную линию; во втором случае (фиг.2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d, d и к выходу судна на заданную линию.
F
A
F
A
F
A
F
A
На фиг.3, 4 ДП 3 судна 1 не пересекает заданную линию 2, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг.3 и отрицательные на фиг.4. Знак σ и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов k и k (k больше k, если знаки поперечных смещений точек F и A одинаковы, фиг.3, 4; k и k будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и A противоположны, фиг.1, 2). Соотношение значений коэффициентов k и k выбирают из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления движения судна от заданного будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:
<mrow><msub><mi>k</mi><mi>A</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>F</mi></msub><mo>×</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>l</mi><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>d</mi><mi>F</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
,
где l - расстояние между точками F и А.
Однако для позиционирования управляемого судна в заданной точке в заданном направлении рассматриваемый в качестве прототипа способ управления не обеспечивает выполнение условия вывода судна в позицию, когда положение условной точки C (фиг.5) на плоскости будет совпадать с положением заданной точки D.
Отличительным признаком предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является следующий:
дополнительно для обеспечения вывода позиционирующего судна в заданную точку D, условием которого является совпадение положений точек C и D на плоскости, формируют дополнительный сигнал управления по закону
S
S
δS=kd,
S
S
где k - коэффициент усиления по продольному смещению условной точки D (фиг.5) от линии, перпендикулярной заданной линии (условно линия L1) и проходящей через заданную точку C (условно линия L2), это положительная величина. На фиг.5 показаны два возможных варианта отклонения точки C от линии L2, здесь же указаны знаки соответствующих отклонений d. Текущее положение точки C, расположенной в пределах корпуса судна в его ДП, определяют исходя из значений текущих координат носовой F и кормовой A точек.
Предлагаемый способ управления движущимся судном при позиционировании его в заданном направлении в заданной точке горизонтальной плоскости осуществляют следующим способом:
в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбираются две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг.1-4), а другая к корме судна (точка A на фиг.1-4) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и A 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 относительно заданной линии. При этом направление заданной линии L1, например, совпадает с направлением ДП судна при его положении на поверхности воды, соответствующем минимальному внешнему силовому воздействию факторов окружающей среды (ветер, волнение, течение).
Координаты этих точек определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.
F
A
Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные смещения точки F(d) и точки A(d) от заданной линии. Причем поперечное смещение точки от заданной линии считается положительным, если она смещается вправо, и отрицательным, если она смещается влево (фиг.1-4).
Возникающие поперечные смещения вырабатывают сигнал для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:
F
F
A
A
σ=-k×d+k×d,
F
A
F
A
F
A
F
A
F
F
A
F
A
где k, k - коэффициенты усиления по поперечным смещениям носовой и кормовой точек судна от заданной линии. Это положительные величины, причем k больше k. Сигнал σ считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг.1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от заданной линии 2. Например, на фиг.1, 2 ДП 3 судна 1 пересекает заданную линию 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F(d) и точки A(d), причем d больше 0, d меньше 0 (фиг.1) и d меньше 0, dA больше 0 (фиг.2). В первом случае (фиг.1) согласно закону элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d и d и в конечном итоге к выходу судна на заданную линию; во втором случае (фиг.2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d, d и к выходу судна на заданную линию.
F
A
F
A
F
A
F
A
На фиг.3, 4 ДП 3 судна 1 не пересекает заданную линию 2, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг.3 и отрицательные на фиг.4. Знак σ и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов k и k (k больше k, если знаки поперечных смещений точек F и A одинаковы, фиг.3, 4; k и k будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, фиг.1, 2). Соотношение значений коэффициентов k и k выбирают из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления движения судна от заданного будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:
<mrow><msub><mi>k</mi><mi>A</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>F</mi></msub><mo>×</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>l</mi><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>d</mi><mi>F</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
,
где l - расстояние между точками F и А.
Однако для позиционирования управляемого судна в заданной точке рассматриваемый в качестве прототипа способ управления не обеспечивает выполнение условия вывода судна в позицию, когда положение условной точки C (фиг.5) на плоскости будет совпадать с положением заданной точки D.
Для обеспечения вывода позиционирующего судна в заданную точку D, условием которого является совпадение положений точек C и D на плоскости, формируют дополнительный сигнал управления по закону
S
S
δS=kd,
S
S
где k - коэффициент усиления по продольному смещению заданной точки D (фиг.5) от линии, перпендикулярной заданной линии (условно линия L1) и проходящей через условную точку C (условно линия L2), это положительная величина. На фиг.5 показаны два возможных варианта отклонения точки C от линии L2, здесь же указаны знаки соответствующих отклонений d. Текущее положение условной точки C, расположенной в пределах корпуса судна в его ДП, определяют исходя из значений текущих координат носовой F и кормовой A точек.
В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - обеспечение удержания позиционирующего объекта, например судна, на заданной линии и в заданной точке, расположенной на заданной линии.