АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ С БЛОКОМ ДИАГНОСТИКИ
SHIP CONTROL HARDWARE WITH DIAGNOSTICS UNIT

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения - автоматическому управлению движением корабля с диагностированием исправности работы модуля системы и автоматической перестройкой аппаратуры при появлении сбоя в модуле - вычислителе системы для сохранения работоспособности аппаратуры.
Известна система автоматического управления движением корабля, в которой путем сравнения входной измеренной информации с информацией, полученной от электронной модели процесса управления движением корабля, выявляется появление сбоя в системе управления («Система восстановления параметров движения корабля». // Сборник трудов междуведомственного Совета по управлению движением судов, выпуск XX, изд. ИПУ РАН, 1993 г., Москва). Известна также аппаратура автоматического управления движением корабля с диагностированием исправности отдельных блоков в процессе работы («Аппаратура автоматического управления движением судна», патент России №2155142, принятый нами в качестве прототипа).
зд.
зд.
В этой аппаратуре используют измерительный модуль текущего угла курса - φ и скорости изменения курса - ω, а также модуль задания угла курса - φ выходы которых подключены к входу вычислителя системы (сумматору). В модуле вычислителе системы формируется заданное значение угла перекладки руля - δ:
зд.
где δ - заданное значение угла перекладки руля,
i
K - коэффициенты регулирования.
модели
1
Выход вычислителя системы подключен к входу рулевой системы. Сигналы заданного угла перекладки руля с выхода рулевой системы - δ и модельного угла перекладки руля с выхода электронной модели рулевой системы с регулятором - δ вводят на индикатор. При разности сигналов более допустимой величины C индикатор срабатывает, информируя судоводителя о сбое:
К недостаткам рассмотренной аппаратуры автоматического управления движением судна с диагностикой следует отнести:
- индикатор сбоя отмечает только расхождение сигналов в аппаратуре автоматического управления движением относительно сигналов, полученных на электронной модели рулевой системы с регулятором, а где произошел сбой: в самой аппаратуре автоматического управления движением или в электронной модели рулевой системы с регулятором не выявляется,
- если произошел сбой в рулевой системе с регулятором, аппаратура выдаст только информацию о сбое, при этом создавшаяся аварийная ситуация (судно окажется без управления) ждет своевременного и правильного участия судоводителя в процессе управления кораблем.
Целью создания аппаратуры автоматического управления с блоком диагностики является достоверное выявление сбоя в вычислителе системы и автоматическая перестройка аппаратуры для обеспечения отказобезопасного автоматического управления движением корабля при сбое в модуле вычислителя системы. (Рассматривается только случай появления сбоя в модуле вычислителя системы).
Работа предлагаемой аппаратуры и перестройка ее архитектуры при выявлении сбоя основана на использовании:
- измерительного модуля,
- блока диагностики,
- модуля задания угла курса,
- модуля вычислителя системы,
- электронной модели модуля вычислителя системы,
- переключателя с рулевой системой.
зд.
зд
Заданное значение угла курса - φ, сформированное в модуле задания угла курса, вводится в модуль вычислитель системы, на вход которого также подключен сигнал текущего курса - φ из измерительного блока. На выходе модуля вычислителя системы вырабатывается заданное значение угла перекладки руля - δ. в соответствии с зависимостью (1), которое поступает через переключатель на вход рулевой системы. Таким образом осуществляется автоматическое управление движением корабля по заданному направлению в нормальных условиях эксплуатации.
На вход электронной модели модуля вычислителя системы подключены:
- выход измерительного модуля - φ,
зд.
- выход модуля задания угла курса - φ.
На выходе электронной модели модуля вычислителя системы вырабатывается заданное модельное значение угла перекладки руля:
Диагностирование появления сбоя в модуле вычислителя системы производится в блоке диагностики. На вход блока диагностики вводится:
φ - текущий курс из измерительного модуля,
зд.
φ - заданное значение угла курса из модуля задания угла курса.
зд.
δ - заданное значение угла перекладки руля из модуля вычислителя системы,
зд. модели
δ - модельное заданное значение угла перекладки руля из электронной модели модуля вычислителя системы.
В блоке диагностики формируются два условия выявления сбоя в модуле вычислителя системы:
и
1
зд.
зд. модели
зд. модели
где C, C - постоянные значения, задаваемые судоводителем. Выход блока диагностики подключен к входу переключателя, на два других входа которого подключены выходы модуля вычислителя системы - δ и электронной модели модуля вычислителя системы - δ. При выполнении условия (3) в переключателе вырабатываются сигналы переключения рулевой системы с закона (1) на закон (1а). Выход переключателя подключен к рулевой системе. Таким образом при сбое осуществляется перестройка законов управления движением корабля. Из рассмотрения этих законов управления следует, что при сбое в модуле вычислителя системы, последний отключается от рулевой системы, а к входу рулевой системы подключается δ - модельное заданное значение угла перекладки руля из электронной модели модуля вычислителя системы. Таким образом обеспечивается отказобезопасное автоматическое управление движением корабля при появлении сбоя.
На чертеже приведена блок-схема аппаратуры управления движением корабля с блоком диагностики.
Аппаратура содержит: измерительный блок 1, блок диагностики 2, модуль вычислитель системы 3, рулевую систему 4, модуль задания угла курса 5, электронную модель модуля вычислителя системы 6, переключатель 7, корабль 8 (объект управления).
При реализации аппаратуры рассматриваемой системы:
- измерительный модуль 1 может быть принят типа «Мининавигация» (разработки ЦНИИ «Электроприбор», С.Петербург);
- блок диагностики 2 может быть реализован на микросхемах типа 140 УД-6;
- модуль вычислитель системы 3 может быть реализован на микросхемах типа 140 УД-6 и 140 УД-8,
- рулевая система 4 - штатная корабельная рулевая машина,
- модуль задания угла курса 5 - типовой микроконтроллер,
- электронная модель модуля вычислителя системы 6 реализуется на микросхеме 140 УД-6.
- переключатель 6 реализуется на электромагнитном реле.
Описание работы аппаратуры
зд.
зд.
Закон автоматического управление движением корабля в нормальных условиях эксплуатации формируется в соответствии с зависимостью (1) в модуле вычислителя системы 3 с использованием текущего угла курса - φ и угловой скорости - ω, которые поступают из измерительного модуля 1, а также задания направления движения корабля - φ, которое поступает из модуля задания угла курса 5. Сформированное задание угла перекладки руля - δ с выхода модуля вычислителя системы 3 поступает через переключатель 7 на вход рулевой системы корабля. При появлении сбоя в модуле вычислителе системы 3 в переключателе 7 сработает реле, которое переключит вход рулевой системы 4 к выходу электронной модели модуля вычислителя системы 5. Закон управления при этом изменится с зависимости (1) на зависимость (1а), обеспечив тем самым безотказное автоматическое управление движением корабля.
зд.
зд.
зд. модели
Рассмотрим, как диагностируется появление сбоя в модуле вычислителя системы 3 и срабатывание реле при этом в переключателе 7. На вход блока диагностики 2 подключены выходы: измерительного модуля 1 (угол текущего курса - φ), модуля задания угла курса 5 (угол заданного направления движения корабля - φ), модуля вычислителя системы 3 (задание угла перекладки руля - δ), электронной модели модуля вычислителя системы 6 (заданное модельное значение угла перекладки руля δ). В блоке диагностики формируется зависимость (3) и при удовлетворении двух условий зависимости (3) (при появлении сбоя в модуле вычислителя системы 3) выдается команда в переключатель 7 (на срабатывание реле). При этом, несмотря на сбой в модуле вычислителя системы 3, корабль будет продолжать двигаться по заданному направлению.
Проведенное моделирование предложенной аппаратуры автоматического управления движением корабля с блоком диагностики подтвердило эффективность ее использования.