АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ ПРИ ВОЛНЕНИИ
SHIP CONTROL HARDWARE TO BE USED IN HEAVING

Предлагаемая аппаратура относится к области судовождения, в частности к автоматическому управлению движением корабля.
Известны системы автоматического управления движением судна фирм Аншютц и Сперри (Острецов Г.Э. Автоматизация управления движением кораблей // М. ИПУ / РАН. 2008 г.), в которых судоводитель при развитом морском волнении вводит люфт на входе регулятора для снижения загрузки рулевого привода.
Недостатком такого решения является появление статической ошибки при автоматическом управлении, при этом судоводителю необходимо быть «на страже» и своевременно вводить требуемую величину зоны нечувствительности на входе регулятора системы управления.
Известно также устройство управления движением судна (патент РФ №2238881, принятый в качестве прототипа), содержащее задатчик угла дифферента, датчик угла дифферента, датчик угловой скорости, выходы которых подключены к первому, второму и третьему входам суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом рулевого привода. Устройство управления движением судна эффективно обеспечивает автоматическое управление корабля только при спокойном море. При развитом морском волнении несмотря на использование оценок фазовых координат судна, а не с датчиков измерений фазовых координат судна, появляются сильные перегрузки рулевого привода, что кроме снижения ресурса работы рулевого привода может привести к аварийной ситуации - заклинке руля.
Целю предлагаемого изобретения является автоматическое выяление и исключение перегрузки рулевого привода (т.е. построить безотказную систему управления движением корабля при развитое морском волнении).
Предлагаемая аппаратура позволяет в процессе рейса судна выявить появление перегрузки рулевого привода и изменить закон управления, который позволит снизить загрузку рулевого привода, незначительно снизив при этом качество стабилизации судна.
Аппаратура включает рулевой привод, датчики угла курса, угловой скорости судна и задатчик угла курса, выходы датчиков и задатчика подключены к входу сумматора. Для определения перегрузки рулевого привода и изменения закона управления в аппаратуру введен датчик угла перекладки руля, блок перегрузки, блок переключения, задатчик перегрузки и блок среднего значения угла перекладки руля с соответствующими связями (см. чертеж).
На чертеже приведена блок-схема аппаратуры, содержащая: задатчик угла курса 1, датчик угла курса 2, датчик угловой скорости 3, сумматор 4, датчик угла перекладки руля 5, блок перегрузки 6, рулевой привод 7, блок среднего значения угла перекладки руля 8, задатчик перегрузки 9, блок переключения 10, объект управления - судно 11.
Предложенная аппаратура может быть реализована на аналоговых элементах. Датчики 2, 3 и задатчики 1, 9, серийно выпускаемые преобразователи угла в напряжение с точностью 5%. Сумматор 4 и блок 8 могут быть реализованы на микросхемах типа 140 УД 8. Блок 10 - на электромагнитном реле с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактными группами. Рулевой привод - штатный корабельный.
Рассмотрим работу предложенной аппаратуры (см. чертеж).
Судоводитель устанавливает задатчиком угла курса 1 желаемое направление движения судна. В режиме спокойного моря на выходе сумматора формируется закон управления рулевым приводом:
где
- рассогласование по углу курса,
зд
φ - заданное значение угла курса,
φ - текущий угол курса,
ω - угловая скорость судна,
зд
δ - заданный угол перекладки руля,
i=1,2
К - коэффициенты регулирования.
зд
недоп.,
недоп.
В результате судно выйдет на курс, равный заданному значению φ. Регулярно через интервал времени Т подключается блок перегрузки 6. В случае развитого морского волнения может наступить перегрузка рулевого привода. Рассмотрим эту ситуацию. Судоводитель устанавливает в задатчике перегрузки 9 предельно допустимое значение загрузки рулевого привода δ которое поступает на вход блока перегрузки 6, на второй вход этого блока поступает угол перекладки руля δ от датчика угла перекладки руля 5. В блоке перегрузки 6 рулевого привода формируется величина перегрузки рулевого привода Δδ:
где
недоп.
δ - предельно допустимая загрузка рулевого привода,
Т - время цикла высококачественного управления (1).
недоп.
В течение времени Δt=KΔδ сигнал о недопустимой перегрузке поступает на вход блока переключения 10. В блоке 10 реле отключает от входа рулевого привода 7 сумматор 4 и подключает блок среднего значения угла перекладки руля 8, в котором вырабатывается среднее значение угла перекладки руля:
где δ - текущее значение угла перекладки руля.
Т - время цикла высококачественного управления (1). Таким образом в течение интервала времени Δt осуществляется облегченный закон управления рулевым приводом (привод практически неподвижен, хотя одержание заданного курса продолжается):
недоп.
недоп.
недоп.
Через время: Т+Δt (когда реле в блоке 10 отключится) на вход рулевого привода подключится закон управления (1) вместо закона (3). Затем высококачественное управление (1) продолжится до момента времени Т+Δt+T, после этого в блоке перегрузки 6 выработается Δδ. Если величина Δδ<0, то высококачественное управление (1) продолжится до момента времени Т+Δt+Т+Т, если же величина Δδ>0, то подключится облегченный закон управления (3) на интервал времени Δt до времени T+Δt+Т+Δt и т.д.
Проведенное моделирование работы рассмотренной аппаратуры подтвердило эффективность использования предложенного устройства управления.