УСТРОЙСТВО И СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА ПО РАСПИСАНИЮ
DEVICE AND METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF SCHEDULED VESSEL MOVEMENT

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для автоматического управления движением судна с использованием в качестве основной информации о состоянии судна текущих широты и долготы.
Известна система автоматического управления судном, содержащая задатчик путевого угла, блок формирования путевого угла и бокового сноса судна, блок формирования угловой скорости и датчик угла и перекладки руля. Выход задатчика путевого угла и первый выход блока формирования путевого угла и бокового сноса судна подключены через блок формирования приращения к первому входу рулевого привода, ко второму и к третьему входам которого подключены соответственно выходы блока формирования угловой скорости и датчика угла перекладки руля (патент RU 2240953 C1, B63H 25/04, 27.11.2004 г.) В известной системе управление движением судна осуществляют по сигналам текущего путевого угла, заданного путевого угла и угловой скорости судна, на основании которых формируется закон управления рулевым приводом судна.
зд
Известно также устройство для управления судном по расписанию, содержащее канал регулирования угла δ перекладки руля судна, канал регулирования оборотов n гребного вала судна, приемник спутниковой навигационной системы (CHC), выход сигнала путевого угла (ПУ) которого подключен к первому входу канала регулирования угла δ перекладки руля, а выход скорости V судна указанного приемника - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, задатчик маршрута, выход заданного угла узд курса которого подключен ко второму входу канала регулирования угла перекладки руля, а выход заданной скорости φ задатчика маршрута судна - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, способ автоматического управления движением судна (патент RU 2292289 C1, Б.И. №3, 27.01. 2007 г.), принятый в качестве прототипа,
В указанном устройстве автоматическое управление движением судна осуществляется аналогично описанному выше, но с дополнительной корректировкой заданного значения путевого угла в процессе плавания из точки «А» в точку «Б», затем в точку «В»… по заданному маршруту.
Известные системы и способы автоматического управления движением судна обеспечивают движение судна по заданному направлению.
Недостатками указанных устройств и способа управления судном являются:
- отсутствие контроля за нахождением судна в заданной точке траектории в заданное время, т.е. не контролируется совпадение заданного положения судна в пространстве и во времени с текущим положением,
- при появлении поперечных возмущающих силовых воздействий на судно создается большой угол дрейфа судна, что приводит к уходу с заданной траектории движения, а также к экономическим и временным потерям; так как в качестве основной информации используется не координатная информация о местоположении судна, а его угловое направление движения,
- использование только кормового рулевого привода для управления движением судна по заданной траектории создает дополнительный угол дрейфа в процессе изменения направления движения судна, который приводит также к дополнительным отклонениям от заданной траектории в поперечной плоскости судна,
- затруднен проход судном узкостей из-за появления угла дрейфа и бокового сноса судна относительно заданной траектории движения.
Техническим результатом изобретения является повышение точности, экономичности управления движением судном по расписанию, безопасности проводки судна в узкостях и обеспечение возможности перехода на типовое (штатное) управление движением судна при наличии возмущающих сил в поперечном направлении судна.
зд
зд
подр
подр
Технический результат достигается тем, что в устройство для управления судном по расписанию, содержащее канал регулирования угла δ перекладки руля судна, канал регулирования оборотов n гребного вала судна, приемник спутниковой навигационной системы (CHC), выход сигнала путевого угла (ПУ) которого подключен к первому входу канала регулирования угла δ перекладки руля, а выход скорости V судна указанного приемника - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, задатчик маршрута, выход заданного угла φ курса которого подключен ко второму входу канала регулирования угла перекладки руля, а выход заданной скорости V. задатчика маршрута судна - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, введены подруливающее устройство судна, регулятор оборотов n подруливающего устройства, образующих канал регулирования оборотов n подруливающего устройства судна, формирователь коэффициентов законов управления, блок четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ:
«а)» (-π/4)=+7π/4 < угол вектора ПУ < + π/4, или
«б)» +π/4 < угол вектора ПУ < +3π/4, или
«в)» +3π/4 < угол вектора ПУ < +5π/4, или
«г)» +5π/4 < угол вектора ПУ < +7π/4=(-π/4),
подр
зд
зд
зд
блок сравнения, блок разностей и блок коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n подруливающего устройства, выход ПУ приемника CHC и выход заданного угла φ курса задатчика маршрута подключены к входам блока сравнения, выполненного с возможностью формирования модуля разности |ПУ-φ| на выходе, который соединен с первым входом блока разностей, второй вход которого подключен к выходу формирования текущей широты Ф или долготы γ судна приемника CHC, а третий - к выходу заданного угла φ курса задатчика маршрута, который соединен с первым входом блока коррекции законов управления указанных каналов регулирования, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом блока разностей, с выходом формирователя коэффициентов законов управления, с выходом указанного блока четырех секторов, с выходом сигнала угла курса φ из приемника CHC, который соединен с первым входом формирователя коэффициентов законов регулирования и входом блока четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ, второй вход формирователя коэффициентов законов управления подключен ко второму выходу блока разности, а выход указанного блока коррекции - к третьим входам канала регулирования угла δ перекладки руля и канала регулирования оборотов гребного вала и входу канала регулирования подруливающего устройства судна.
З
∂
зд
зд
зд
зд
зд
зд
зд
зд
зд
Технический результат в способе обеспечивается тем, что в способе автоматического управления движением судна по расписанию, в котором сигналы путевого угла ПУ и скорости хода судна V из приемника CHC подают на входы каналов регулирования угла δ рулевого привода и на вход канала регулирования оборотов n привода гребного вала соответственно, сигналы заданного угла φ курса . и заданной скорости V. хода из задатчика маршрута подают в канал регулирования угла δ рулевого привода и в канал регулирования оборотов n привода гребного вала соответственно, в которых формируют законы типового управления указанными параметрами, сигнал путевого угла ПУ из приемника CHC и сигнал заданного угла φ курса из задатчика маршрута сравнивают в блоке сравнения, на выходе которого формируют модуль разности |ПУ-φ|, который сравнивают с постоянной C, если выполняется условие |ПУ-φ|>C, то через интервалы времени Δt повторяют операцию сравнения сигнала модуля |ПУ-φ| с постоянной C до тех пор, пока указанное условие |ПУ-φ|>C выполняется; если выполняется условие |ПУ-φ|≤C, осуществляют корректировку сформированных ранее законов управления угла δ рулевого привода и оборотов n привода гребного вала, для этого в блоке разностей формируют сигналы разности текущей широты Ф и заданной широты Ф судна и текущей долготы γ и заданной долготы γ судна из задатчика маршрута, которые подают в блок коррекции законов управления; в блоке четырех секторов путевого угла формируют зоны четырех сектора граничных значений вектора ПУ:
«а)» (-π/4)=+7π/4 < угол вектора ПУ < +π/4, или
«б)» +π/4 < угол вектора ПУ < +3π/4, или
«в)» +3π/4 < угол вектора ПУ < +5π/4, или
«г)» +5π/4 < угол вектора ПУ < +7π/4=(-π/4),
определяют, в каком из указанных секторов находится в данный момент времени вектор путевого угла ПУ и вводят граничные значения ПУ соответствующего выявленного сектора в формирователь коэффициентов законов управления и блок коррекции законов управления, при этом:
если вектор ПУ находится в зоне а), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:
1
1
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mn>1</mn><mo>.</mo></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
коэффициенты K и
с использованием констант C,
и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
1
1
K=C/cos(φ),
<mrow><msubsup><mtext>K</mtext><mtext>1</mtext><mtext>1</mtext></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mtext>C</mtext><mtext>1</mtext><mtext>1</mtext></msubsup><mtext>/cos</mtext><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
подр
которые вводят в блок коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n подруливающего устройства, где формируют сигнал коррекции закона управления угла δ рулевого привода:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msubsup><mi>K</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mi>d</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow>
,
1
зд
2
который вводят в канал регулирования угла δ рулевого привода, а сигналы K(ПУ-φ)+Kω, где ω - угловая скорость судна, из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают от канала регулирования угла δ рулевого привода;
2
2
коэффициент регулирования K с использованием константы G и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
2
2
K=C/cos(φ),
зд.
который вводят в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции закона управления оборотами гребного вала Δn:
зд.
2
зд
Δn=-K(Ф-Ф),
который вводят в канал регулирования оборотов n гребного вала:
зд.
зд
1
зд
n=Δn+K(V-V)+f(n,V);
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
3
3
K=C/cos(φ),
подр. зд
в блоке коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n подруливающего устройства:
подр.зд.
3
зд
n=-K(γ-γ),
подр
который подают на вход канала регулирования оборотов n подруливающего устройства;
если вектор ПУ находится в зоне сектора б), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:
1
1
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mn>1</mn><mo>.</mo></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
коэффициенты регулирования K и
c использованием констант  C,
и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
1
1
K=C/cos(180°-φ),
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>/</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mn>8</mn><msup><mn>0</mn><mi>o</mi></msup><mo>-</mo><mi>ϕ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
которые подают в блок коррекции законов управления, где формируют закон управления рулевым приводом:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msubsup><mi>K</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mi>d</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow>
,
который подают в канал регулирования угла δ рулевого привода, а сигналы
1
зд
2
K(ПУ-φ)+Kω из приемника CHC и задатчика маршрута отключают от канала регулирования угла δ рулевого привода;
2
2
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
2
2
K=C/cos(180°-φ),
зд
подр
который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции закона управления оборотами Δn гребного вала n;
зд.
2
зд
Δn=K(Ф-Ф),
зд
который вводят на вход канала регулирования оборотами n гребного вала, где формируют сигнал задания оборотов n гребного вала:
зд.
зд
1
зд
.
n=Δn+K(V-V)+f(n,V);
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
3
3
K=C/cos(180°-φ),
подр. зд
который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал заданных оборотов n подруливающего устройства:
подр.зд.
3
зд
n=K(γ-γ),
подр
который подают в канал регулирования оборотов n подруливающего устройства;
если вектор ПУ находится в секторе в), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:
4
4
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
4
4
K=C/cos(90°-φ),
корр
который вводят в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом Δδ
корр
4
зд
Δδ=-K(Ф-Ф),
1
зд
2
который подают на вход канала регулирования угла δ рулевого привода, а сигналы K(ПУ-φ)+Kω, подаваемые на вход канала регулирования угла δ рулевого привода из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают;
5
5
коэффициент регулирования K с использованием константы C, и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
5
5
K=C/cos(90°-φ),
зд
который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд.
5
зд
Δn=-K(γ-γ),
который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала где формируют закон управления:
зд.
зд
1
зд
.
n=Δn+K(V-V)+f(n,V);
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы С и сигнала угла курса - φ из приемника CHC:
3
3
K=C/cos(90°-φ),
подр. зд
который подают в блоке коррекции законов управления, где формируют сигнал скорости n подруливающего устройства:
подр.зд.
3
зд
n=K(Ф-Ф),
подр
который подают на вход канала регулирования оборотов n подруливающего устройства, который вводят в подруливающее устройство;
если вектор ПУ находится в зоне сектора г), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:
4
4
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
4
4
K=C/cos(270°-φ),
корр
который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом Δδ:
корр
4
зд
Δδ=-K(Ф-Ф),
1
зд
2
который подают на вход канала регулирования угла δ рулевого привода, а сигналы K(ПУ-φ)+Kω, подаваемые на вход канала регулирования угла δ рулевого привода из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают;
5
5
коэффициент регулирования K с использованием константы C, и сигнала угла курса φ - из приемника CHC:
5
5
K=C/cos(270°-φ),
зд
который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд
5
зд
Δn=K(γ-γ),
зд
зд
1
зд
который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вал, формируя закон управления приводом гребного вала: n=Δn+K(V-V)+f(n,V);
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
3
3
K=C/cos(270°-φ),
подр. зд :
который вводят в блоке коррекции законов управления, где формируют n
подр.зд.
3
зд
n=-K(Ф-Ф),
подр
который подают на вход канала регулирования оборотов n подруливающего устройства;
4
4
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ - из приемника CHC:
4
4
K=C/cos(270°-φ),
корр
который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления углом Δδ рулевого привода:
корр
4
зд
Δδ=-K(Ф-Ф),
1
зд
2
который подают на вход канала регулирования угла δ рулевого привода δ, а сигналы K(ПУ-φ)+Kω, подаваемые на вход канала регулирования угла δ рулевого привода из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают;
5
5
коэффициент регулирования K использованием константы C, и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
5
5
K=C/cos(270°-φ),
зд
который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд
5
зд
Δn=K(γ-γ),
который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала, где формируют закон управления приводом гребного вала:
зд
зд
1
зд
n=Δn+K(V-V)+f(n,V);
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла курса φ из приемника CHC:
3
3
K=C/cos(270°-φ),
подр. зд
который подают в блоке коррекции законов управления, где формируют n формируют сигнал:
подр.зд.
3
зд
n=-K(Ф-Ф),
подр
зд
зд
зд
зд
зд
который подают на вход канала регулирования оборотов n, подруливающего устройства, через интервал времени Δt в блоке сравнения формируют модуль разности сигнала |ПУ-φ| и сравнивают с постоянной C, и если удовлетворяется условие |ПУ-φ|≤C, то через следующие интервалы времени Δt в блоке сравнения повторяют операцию сравнения до тех пор, пока удовлетворяется условие |ПУ-φ|≤C; если в момент времени mΔt указанное условие |ПУ-φ|≤C продолжает удовлетворяться, то повторяют цикл корректировки коэффициентов законов управления указанных параметров; если удовлетворяется неравенство |ПУ-φ|>C, то цикл корректировки законов управления указанными параметрами прекращается и осуществляют типовое управлении указанными параметрами.
На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления движением судна по расписанию.
зд
зд
зд
подр
подр
Система автоматического управления судном по расписанию содержит приемник 1 спутниковой навигационной системы (CHC) с выходами сигнала путевого угла (ПУ), текущей скорости V судна, выходом текущих широты и долготы и выходом сигнала угла курса φ, задатчик 2 маршрута с выходами заданного ПУ и заданного φ угла курса, регулятор 3 угла δ перекладки руля, рулевой привод 4, регулятор 5 оборотов n гребного вала, привод 6 гребного вала, регулятор 7 оборотов n подруливающего устройства, подруливающее устройство 8, блок 9 сравнения, блок 10 разностей, блок 11 коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n подруливающего устройства, блок 12 четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ, формирователь 13 коэффициентов законов управления и судно 14 - объект управления.
зд
зд
зд
зд
зд
зд
зд
подр
з
подр
Выход сигнала ПУ приемника CHC подключен к входу канала регулирования угла δ перекладки руля, образованному регулятором 3 угла δ и рулевым приводом 4, а выход скорости V судна приемника 1 CHC - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, образованного регулятором 5 оборотов гребного вала и приводом 6 гребного вала. Выход ПУ приемника 1 CHC и выход заданного угла φ курса задатчика 2 маршрута подключены к входам блока 9 сравнения, формирующего модуль разности |ПУ-φ| на выходе, который соединен с первым входом блока 10 разностей. Второй вход блока 10 разностей подключен к выходу формирования текущей широты Ф или долготы γ судна приемника CHC, а третий - к выходу заданного угла φ курса задатчика 2 маршрута, соединенному со вторым входом канала регулирования оборотов n гребного вала и первым входом блока 11 коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n подруливающего устройства. Второй, третий, четвертый и пятый входы указанного блока 11 коррекции соединены с выходами блока 10 разности, формирователя 13 коэффициентов законов управления, блока 12 четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ и четвертым выходом сигнала угла φ курса приемника 1 CHC. Выход указанного блока 11 подключен к третьим входам каналов регулирования угла δ перекладки руля, канала регулирования оборотов n гребного вала и входу канала регулирования оборотов n, подруливающего устройства 8. Четвертый выход приемника 1 CHC соединен с первым входом формирователя 13 коэффициентов управления, второй вход которого подключен ко второму выходу блока 10 разности,  а третий - к входу блока 12 четырех секторов, который формирует зоны четырех граничных значений ПУ:
«а)» (-π/4)=+7π/4 < угол вектора ПУ < +π/4, или
«б)» +π/4 < угол вектора ПУ < +3π/4, или
«в)» +3π/4 < угол вектора ПУ < +5π/4, или
«г)» +5π/4 < угол вектора ПУ < +7π/4=(-π/4).
Способ управления в системе автоматического управления движением судна по расписанию осуществляется следующим образом.
зд
ой
Типовое управление по путевому углу ПУ=φ формируется во 2 подсистеме управления кормовым рулевым приводом. Для этого в регулятор 3 рулевого привода 4 вводят сигналы:
ПУ - текущего путевого угла из приемника 1 (CHC),
зд
φ - заданного (программного) угла курса из задатчика 2 маршрута,
ω - угловой скорости судна, которая формируется в регуляторе 3 рулевого привода.
Закон управления углом д перекладки руля имеет вид:
<mrow><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>П</mi><mi>У</mi><mo>−</mo><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mn>2</mn></msub><mi>ω</mi><mo>,</mo><mtext>                    </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
зд
где δ - заданный угол перекладки руля,
зд
φ(t) - заданный (программный) угол курса,
1,
2
KK - коэффициенты регулирования;
зд
зд
Сигнал δ по зависимости (1) с выхода регулятора 3 рулевого привода вводят на вход рулевого привода 4, что обеспечивает вывод судна на путевой угол ПУ, равный заданному (программному) углу курса φ.
зд
зд.
Для типового управление канала управления оборотами n гребного вала (скоростью хода судна - V=V) на ее вход вводят сигналы: заданной скорости хода V из задатчика 2 маршрута и текущей скорости хода V из приемника 1 CHC. Эти сигналы вводят на вход регулятора 5 оборотов и гребного вала для формирования закона управления оборотами гребного вала:
<mrow><msub><mi>n</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>.</mo></msub><mo>+</mo><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>,</mo><mi>V</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>,,</mn><mtext>                    </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
зд
где n - заданные обороты гребного вала n,
f(n,V) - типовой закон регулирования оборотов n гребного вала.
зд
1
Если |ПУ-φ|≤C, то осуществляется формирование точного закона управления следующим образом.
Переход со штатного (типового) управления с использованием текущего и заданного путевого угла ПУ и заданной скорости хода судна на более точное управление с использованием текущих и заданных широт и долгот, производится только при выполнении условия: модуль от разности путевого угла и заданного значения угла курса не превышает допустимую величину:
зд
1.
|ПУ-φ|≤C
подр
При выполнении этого условия подключается канал регулирования углом оборотов n подруливающего устройства 8; осуществляется перестройка законов управления (1) и канала регулирования углом перекладки руля и оборотами гребного вала закон управления строится с использованием текущих и заданных широт и долгот.
зд
зд
Сигнал ПУ из приемника 1 CHC и сигнал заданного φ угла курса из задатчика 2 маршрута вводят на вход блока 9 сравнения, в котором формируют модуль разности сигналов |ПУ-φ|.
зд
зд
зд
зд
зд
Если |ПУ-φ|>C, что соответствует использованию типового режима управления, то сигналы ПУ и φ отключают от входа блока 9 сравнения, а через интервал времени Δt сигналы ПУ и φ вновь вводят в блок 9 сравнения, формируя модуль разности сигналов |ПУ-φ|, и сравнивают с постоянной С. Если |ПУ-φ|>C, то вновь через интервалы времени Δt в блоке 9 сравнения повторяют операции сравнения этих сигналов, при этом функционирует штатное управление движением судна.
зд
Если в блоке 9 сравнения удовлетворяется условие |ПУ-φ|≤C, то формируют точный закона управления следующим образом.
зд
зд
зд
зд
подр
В блоке 10 разностей формируют сигналы разности текущей широты Ф или долготы γ судна из приемника 1 CHC и заданной широты Ф, или заданной долготы γ из задатчика 2 маршрута: (Ф-Ф) или (γ-γ), которые вводят в блок 11 коррекции законов управления угла δ перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n подруливающего устройства.
В блоке 12 четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ формируют сигнал одного из четырех секторов, в котором находится в данный момент вектор ПУ, используя сигнал путевого угла из приемника 1 CHC и сигналы заданных углов соответствующих граничных значений одного из четырех секторов:
«а).» (-π/4)=+7π/4 < угол вектора ПУ < +π/4, или
«б)» +π/4 < угол вектора ПУ < +3π/4, или
«в)» +3π/4 < угол вектора ПУ < +5π/4, или
«г)» +5π/4 < угол вектора ПУ < +7π/4=(-π/4).
зд
зд
Сигнал одного из указанных четырех секторов, в котором находится в данный момент вектор ПУ вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигналов управления в этом блоке, куда уже введены сигналы разности: (Ф-Ф) или (γ-γ).
В формирователе 13 коэффициентов законов управления формируют коэффициенты регулирования, которые вводят в блок 11 коррекции законов управления, в котором формируют сигналы законов управления:
кор
коррекция Δδ для канала управления углом перекладки руля кормового рулевого привода 4 с отключением закона управления (1);
зд
коррекции оборотов Δn гребного вала для канала управления оборотами гребного вала;
подр
коррекция заданных оборотов n для регулятора 7 подруливающего устройства 8.
При наличии сигнала нахождения ПУ в секторе «а)» из блока 12 четырех секторов формируют:
1
1
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mn>1</mn><mo>.</mo></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
коэффициенты регулирования K и
в формирователе 13 коэффициентов законов управления с использованием констант C,
и сигнала курса φ из приемника 1 CHC:
1
1
K=C/cos(φ),
<mrow><msubsup><mtext>K</mtext><mtext>1</mtext><mtext>1</mtext></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mtext>C</mtext><mtext>1</mtext><mtext>1</mtext></msubsup><mtext>/cos</mtext><mrow><mo>(</mo><mi>ϕ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
.
1
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mn>1</mn><mo>.</mo></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
Сигналы коэффициентов K и
регулирования вводят в блок 11 коррекции законов управления, где формируют сигнал управления углом δ перекладки руля:
<mrow><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msubsup><mi>K</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mi>d</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>.</mo><mtext>                    </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mi>a</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
.
корр
1
зд
2
Сигнал Δδ вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4, а сигналы. K(ПУ-φ)+Kω, подключенные к входу регулятора 3 рулевого привода 4 из приемника 1 CHC и задатчика 2 маршрута отключают, т.е. отключают типовой режим управления по закону (1);
2
2
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
2
2
K=C/cos(φ),
зд
который вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд
2
зд
Δn=-К(Ф-Ф),
зд
который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала для формирования коррекции закона управления оборотами n гребного вала:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>зд</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mtext>n</mtext><mrow><mi>з</mi><mtext>д</mtext></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mtext>K</mtext><mn>1</mn></msub><msub><mrow><msub><mrow><mtext>(V-V</mtext></mrow><mrow><mtext>зд</mtext></mrow></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>.</mtext></msub><mo>+</mo><mtext>f(n</mtext><mtext>,V)</mtext><mtext>,                                       (2a)</mtext></mrow>
.
который подают на вход привода 6 оборотов гребного вала;
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
3
3
K=C/cos(φ).
под зд
В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n подруливающего устройства:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>подр</mtext><mtext>.зд</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mtext>-K</mtext></mrow><mtext>3</mtext></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mtext>-</mtext><msub><mi>γ</mi><mrow><mtext>зд</mtext></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>,                                                        (3a)</mtext></mrow>
подр
который вводят на вход регулятора 7 оборотов n, подруливающего устройства 8, сигнал с выхода которого вводят в подруливающее устройство.
1
1
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mn>1</mn><mo>.</mo></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
При наличии сигнала о нахождения ПУ в секторе «в)» из блока 12 четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ формируют коэффициенты регулирования K и
в формирователе 13 коэффициентов законов управления с использованием констант C,
и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
1
1
K=C/cos(180°-φ),
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>C</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>/</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mn>8</mn><msup><mn>0</mn><mi>o</mi></msup><mo>-</mo><mi>ϕ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
которые вводят в блок 11 коррекции законов управления, где формируют закон управления рулевьм приводом 4:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msubsup><mi>K</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mi>d</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mo>−</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>.</mo><mtext>                   </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mi>б</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
.
1
зд
2
корр
Сигналы K(ПУ-φ)+Kω, подключенные к входу регулятора 3 угла δ перекладки рулевого привода 4 из приемника 1 CHC и задатчика 2 маршрута, отключают, т.е отключают типовой режим управления по закону (1)). Сигнал Δδ вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4;
2
2
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
2
2
K=C/cos(180°-φ),
зд
который вводят в блок 11 коррекции сигналов управления для формирования сигнала коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд
2
зд
Δn=K(Ф-Ф),
который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала для формирования закона управления оборотами n гребного вала:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>зд</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mtext>n</mtext><mrow><mi>з</mi><mtext>д</mtext></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mtext>K</mtext><mn>1</mn></msub><msub><mrow><msub><mrow><mtext>(V-V</mtext></mrow><mrow><mtext>зд</mtext></mrow></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>.</mtext></msub><mo>+</mo><mtext>f(n</mtext><mtext>,V);</mtext><mtext>.                                       </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>2б</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
3
Коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
3
3
K=C/cos(180°-φ).
под зд
В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n подруливающего устройства 8:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>подр</mtext><mtext>.зд</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mtext>K</mtext><mtext>3</mtext></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>γ</mi><mtext>-</mtext><msub><mi>γ</mi><mrow><mtext>зд</mtext></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>,                                                        </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>3б</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
подр
который вводят на вход регулятора 7 оборотов подруливающего устройства 8, с выхода которого сигнал n вводят в подруливающее устройство 8.
При наличии сигнала о нахождения ПУ в секторе «б)» из блока 12 четырех секторов в формирователе 13 коэффициентов законов управления формируют:
4
4
коэффициент регулирования K с использованием констант C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
4
4
K=C/cos(90°-φ),
который вводят в блок 11 коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом 4:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>K</mi><mn>4</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ф</mi><mo>−</mo><msub><mi>Ф</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                             </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mi>в</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
зд
2
который вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4. Сигналы K(ПУ-φ)+Kω, подключенные к входу регулятора 3 рулевого привода 4 из приемника 1 CHC и задатчика 2 маршрута, отключают, то есть отключают типовой режима управления по закону (1);
5
5
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
5
5
K=C/cos(90°-φ),
зд
который вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд
5
зд
Δn=-K(γ-γ),
который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала и формируют закон управления:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>зд</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mtext>n</mtext><mrow><mi>з</mi><mtext>д</mtext></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mtext>K</mtext><mn>1</mn></msub><msub><mrow><msub><mrow><mtext>(V-V</mtext></mrow><mrow><mtext>зд</mtext></mrow></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>.</mtext></msub><mo>+</mo><mtext>f(n</mtext><mtext>,V);                                       </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>2в</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
3
3
K=C/cos(90°-φ).
под зд
В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n подруливающего устройства 8:
<mrow><msub><mi>n</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mi>д</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ф</mi><mo>-</mo><msub><mi>Ф</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mi>в</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
подр
который вводят на вход регулятора 7 оборотов подруливающего устройства 8. Сигнал n с выхода регулятора 7 оборотов вводят в подруливающее устройство 8.
При наличии сигнала о нахождении ПУ в секторе «г)» из блока 12 четырех секторов в формирователе 13 коэффициентов законов управления, формируют:
4
4
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
4
4
K=C/cos(270°-φ), который вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигнала управления рулевым приводом 4:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>K</mi><mn>4</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ф</mi><mo>−</mo><msub><mi>Ф</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mi>г</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
зд
2
который вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4. Сигналы K(ПУ-φ)+Kω, подключенные к входу регулятора 3 рулевого привода 4 из приемника 1 CHC и задатчика 2 маршрута, отключают, то есть отключают типовой режима управления по закону (1);
5
5
коэффициент регулирования K с использованием константы C, и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
5
5
K=C/cos(270°-φ),
зд
который вводят в блок 11 коррекции законов управления, для формирования сигнала коррекции оборотов Δn гребного вала:
зд
5
зд
Δn=K(γ-γ),
который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала и формируют закон управления:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>зд</mtext><mtext>.</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mtext>n</mtext><mrow><mi>з</mi><mtext>д</mtext></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mtext>K</mtext><mn>1</mn></msub><msub><mrow><msub><mrow><mtext>(V-V</mtext></mrow><mrow><mtext>зд</mtext></mrow></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>.</mtext></msub><mo>+</mo><mtext>f(n</mtext><mtext>,V</mtext><mtext>.;                                       </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>2г</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
3
коэффициент регулирования K с использованием константы C и сигнала угла φ курса из приемника 1 CHC:
3
3
K=C/cos(270°-φ).
под зд
В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n подруливающего устройства 8:
<mrow><msub><mi>n</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mi>д</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>K</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Ф</mi><mo>-</mo><msub><mi>Ф</mi><mrow><mi>з</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mi>г</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
подр
зд
который вводят на вход регулятора 7 оборотов подруливающего устройства 8, с выхода которого сигнал оборотов n. вводят в подруливающее устройство 8.
Таким образом, осуществляется формирование и включение в работу режима точного управления судном с использованием рулевого привода 4 привода 6 оборотов гребного вала и подруливающих устройств 8.
зд
1
зд
Через интервалы времени Δt контролируется нахождение судна в допустимой области использования точного управления, а через интервал времени mΔt повторяется цикл настройки закона точного управления с использованием текущих и заданных данных по широте и долготе. В случае перехода на новое направление движения судна. При выполнении условия |ПУ-φ|>C отключается точное управление и включается штатное управление, которое затем перестраивается на точное управление, если выполняется условие |ПУ-φ|≤C.
Реализация системы автоматического управления судном по расписанию может быть осуществлена с помощью контроллера или с использованием микросхем типа 140 УД 6 и 140 УД-8.
Система автоматически обеспечивает движение корабля по заданной траектории в двух режимах как при штатном (типовом) режиме управления, так и при точном управлении с использованием информации о широтах и долготах.
Моделирование рассмотренного выше способа автоматического управления движением судна, подтвердило его работоспособность и высокую эффективность использования предложенного способа управления движением судна по расписанию.