СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СБЛИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ С ПОДВИЖНОЙ ЦЕЛЬЮ
METHOD OF CONTROL OVER SHIP BY APPROACHING MOVING TARGET

Изобретение относится к области судовождения - управлению движением корабля по заданному направлению с использованием приемника спутниковой навигационной системы и локатора, определяющего параметры движения цели.
Известен способ автоматического управления движением судна по заданному путевому углу, реализованный в «Системе автоматического управления движением судна» (патент RU 2240953 C1, 27.11.2004). Способ управления направлением движения судна основан на использовании информации от приемника спутниковой навигационной системы, блока заданного значения путевого угла и сумматора, в котором по сигналам текущего путевого угла, заданного путевого угла и угловой скорости судна формируется сигнал для управления рулевым приводом судна.
Известен также способ автоматического управления движением судна (патент RU 2292289 C1, 27.01.2007, принятый в качестве прототипа), в котором автоматическое управление направлением движения судна осуществляется с использованием: сумматора, рулевого привода, блока датчика руля, приемника спутниковой навигационной системы, задатчика точек поворота судна и блока заданного маршрута. Отличительной особенностью рассматриваемого способа управления движением судна является корректировка заданного значения путевого угла в процессе плавания из точки А в точку Б, затем В… по заданному маршруту.
Использование этого способа гарантирует выход судна в очередную заданную точку изменения направления движения даже при сильном волнении на море. Однако автоматизировать процесс управления кораблем при сближении с подвижной целью с использованием известных способов автоматического управления направлением движения судна нельзя, т.к. в блоке заданного маршрута отсутствует специальный задатчик путевого угла и связанная с ним подсистема формирования параметров движения цели.
Техническим результатом способа автоматического управления сближением корабля с подвижной целью является:
- формирование автоматического управления рулевым приводом при сближении корабля с подвижной целью по прямой «волчьей погони»,
- минимизация времени сближения корабля с подвижной целью,
- определение на будущей траектории движения цели точки стыковки корабля с подвижной целью, позволяющей оптимизировать процесс сближения.
зд
Технический результат достигается тем, что способ управления сближением корабля с подвижной целью использует задатчик путевого угла (ПУ), приемник спутниковой навигационной системы (СНС), датчик руля, рулевой привод и сумматор, на вход которого вводят сигналы:
зд
зд
- заданного путевого угла - ПУ - из задатчика путевого угла (ПУ),
- путевого угла - ПУ - из приемника спутниковой навигационной системы,
ц
ц
зд
к-ц
к-ц
к-ц
ц
ц
к-ц
к-ц
к-ц
зд
- угла перекладки руля (δ) - из датчика руля, сигнал с выхода сумматора вводят на вход рулевого привода, при этом используют блок формирования путевого угла цели (ПУ) и скорости движения цели (V), вычислитель коррекции заданного путевого угла (ΔПУ) и формирователь пеленга (φ) и расстояния до цели (L), в котором получают сигнал пеленга от корабля до цели - φ и сигнал расстояния корабль-цель - L, на первый вход блока формирования путевого угла цели (ПУ) и скорости движения цели (V) вводят сигналы - φ и - L из формирователя пеленга (φ) и расстояния до цели (L), а на второй вход вводят сигналы широты и долготы корабля из приемника спутниковой навигационной системы, на вход вычислителя коррекции заданного путевого угла (ΔПУ) вводят сигналы:
ц
ц
ц
ц
- путевого угла цели - ПУ и скорости движения цели - V - из блока формирования путевого угла цели (ПУ) и скорости движения цели (V),
к
- скорости корабля - V - из приемника спутниковой навигационной системы,
к-ц
к-ц
зд
- пеленга от корабля до цели - φ из и блока формирования пеленга (<p) и расстояния до цели (L), сигнал коррекции заданного путевого угла - ΔПУ,
зд
- из вычислителя коррекции заданного путевого угла (ΔПУ) вводят на вход сумматора.
Технический результат достигается тем, что формируют сигналы для создания способа автоматического управления сближением корабля с подвижной целью:
зд
- коррекции заданного путевого угла (ΔПУ),
к-ц
- угла пеленга (азимута) (φ),
к-ц
- расстояния от корабля до подвижной цели (L),
цели
- путевого угла цели (ПУ),
цели
- скорости движения цели (V),
кор
- скорости движения корабля (V).
Предлагаемый способ управления базируется на применении типового способа автоматического управления движением корабля с использованием:
- приемника спутниковой навигационной системы (СНС),
- задатчика путевого угла,
- сумматора,
- рулевого привода,
- датчика руля.
При формировании закона автоматического управления движением корабля используются сигналы:
- путевого угла (ПУ) и угловой скорости корабля (ω) - из приемника СНС,
зд
- заданного путевого угла (ПУ) - из задатчика путевого угла,
- угла перекладки руля (δ) - от датчика руля.
зд
Все четыре сигнала вводят на вход сумматора, на выходе которого формируется сигнал управления рулевым приводом при движении по заданному направлению (ПУ):
где
зд
δ - заданное значение угла перекладки руля.
Для формирования закона сближения корабля с подвижной целью в способе управления типовой закон управления движением корабля вида (1) дополняется и имеет вид:
зд
к-ц
где: ПУ - сигнал заданного путевого угла (последний совпадает по направлению с пеленгом (азимутом) на цель (φ)),
зд
ΔПУ - сигнал коррекции заданного путевого угла.
зд
Использование закона управления движением корабля вида (1а) при ΔПУ=0 позволяет осуществить автоматическое управление сближением корабля с целью по кривой «собачьей погони»:
зд
где ПУ - путевой угол корабля,
к-ц
φ - угол пеленга (азимута) корабль-цель.
зд
При |ΔПУ|>0 использование закона управления движением корабля вида (1а), позволяет осуществить сближение корабля с целью по прямой «волчьей погони».
На фиг.1 приведен корабль и подвижная цель с двумя возможными линиями сближения:
зд
к-ц
- по кривой «собачьей погони» (линия с изломами, касательная к кривой, всегда исходит из центра масс корабля и направлена на текущее положение цели, совпадает с направлением заданного путевого угла (ПУ), равного углу азимута (φ)),
- по прямой «волчьей погони».
корабля
зд
зд
Прямая «волчьей погони» исходит из первоначального положения корабля и пересекает траекторию движения цели в точке будущего одновременного (по времени) нахождения корабля и цели в процессе сближения. Прямая совпадает с направлением движения корабля - путевым углом корабля при сближении ПУ=ПУ+ΔПУ.
зд
Для формирования процесса сближения корабля (близкого к минимальному по времени) по прямой «волчьей погони» за подвижной целью следует формировать сигнал (|ΔПУ|>0). С этой целью используем:
зд
- вычислитель коррекции заданного путевого угла (ΔПУ),
- формирователь:
к-ц
а) расстояния между кораблем и подвижной целью (L),
к-ц
б) угла пеленга корабль-цель (φ),
- блок формирования:
ц
а) путевого угла цели (ПУ),
ц
б) скорости движения цели (V).
зд
Величина сигнала коррекции путевого угла корабля (ΔПУ) (для формирования направления движения корабля по прямой при сближении с целью) является функцией двух переменных:
ц.к
кор
цель
где φ - угол пеленга от подвижной цели к кораблю, ΔV=V/V.
зд
В соответствии с зависимостью (3) сигнал коррекции заданного путевого угла (ΔПУ) формируется в вычислителе с использованием сигналов:
ц
ц
- путевого угла цели (ПУ) и скорости цели (V) - из блока формирования путевого угла цели и скорости хода цели,
к
- скорости корабля (V) - из приемника СНС,
к-ц
зд
- угла пеленга корабль-цель (φ) (совпадающего с направлением путевого угла корабля в первоначальном состоянии схождения (ПУ).
зд
i
ц-к
зд
цель-корабль
зд
i
ц.к.i
i
зд
i
ц-к.i
i
зд
i
В вычислителе формируется библиотека набора возможных сигналов коррекции заданного путевого угла Σ(ΔПУ) в функции двух переменных: φ, ΔV (или набора функций одной переменной ΣΔПУφi=f(ΔV) для набора областей различных значений угла пеленга подвижная цель-корабль (φ). Библиотека с набором сигналов коррекции заданного путевого угла ∑{(ΔПУ)=f(φ, ΔV)} создается путем моделирования возможных процессов сближения корабля с подвижной целью по прямой «волчьей погони» и вводится в вычислитель. Выбор конкретного сигнала коррекции заданного путевого угла (ΔПУ) из библиотеки набора сигналов производят по текущим значениям: φ, ΔV перед началом процесса сближения с конкретной подвижной целью. Сигнал коррекции заданного путевого угла (ΔПУ) для конкретного данного случая сближения корабля с целью вводят на вход сумматора, на выходе которого формируется закон автоматического управления кораблем в режиме сближения с целью (1а) по прямой «волчьей погони».
Рассмотрим возможный вариант устройства, реализующего предложенный способ сближения корабля с подвижной целью.
На фиг.2 приведена блок-схема устройства автоматического управления сближением корабля с подвижной целью.
зд
к-ц
ц
ц
зд
Устройство содержит задатчик 1 путевого угла ПУ, приемник 2 спутниковой навигационной системы (СНС), датчик 3 руля, сумматор 4, рулевой привод 5, объект управления 6 - корабль, формирователь 7 пеленга (φ) и расстояния до цели (L), блок 8 формирования путевого угла цели (ПУ) и скорости цели (V), вычислитель 9 коррекции заданного путевого угла (ΔПУ).
ц
ц
зд
Все связи между блоками устройства приведены на чертежах. Реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с использованием микросхем типа 140 УД 6 (сумматор 4, формирователь 7 пеленга и расстояния до цели, блок 8 формирования путевого угла цели (ПУ) и скорости цели (V) и вычислитель 9 коррекции заданного путевого угла (ΔПУ). Блок выработки угловой скорости, датчик угловой скорости - типовой «ДУС»-5 с чувствительностью не ниже 0,05 гр/с). Штатные корабельные системы: приемник СНС-2, рулевой привод 5.
зд
Автоматическое управление движением корабля осуществляется в соответствии с величиной заданного путевого угла (ПУ), который устанавливается в задатчике 1 путевого угла равным азимуту на цель. Для формирования закона управления по путевому углу также используют:
- приемник спутниковой навигации СНС-2, в котором формируют текущий путевой угол корабля (ПУ) и угловую скорость (ω),
- датчик руля 3, на выходе которого вырабатывается угол перекладки руля (δ),
к-ц
к-ц
к-ц
к-ц
ц
ц
- сумматор 4, на вход которого подключены выходы трех перечисленных выше блоков. В этом случае на выходе сумматора 4 будет формироваться закон управления рулевым приводом 5 в соответствии с зависимостью (1). Режим сближения корабля с подвижной целью начинается с определения пеленга (азимута) на цель (φ) и расстояния до цели (L) в формирователе 7 пеленга (φ) и расстояния (L) до цели. Оба сигнала поступают на вход блока 8 формирования путевого угла цели (ПУ) и скорости движения цели (V), на вход которого также поступают сигналы текущей широты и долготы корабля из приемника СНС-2.
Выходные сигналы из:
ц
ц
- блока 8: ПУ и V,
к-ц
- формирователя 7: φ,
к
- приемника СНС-2: V (скорости хода корабля),
зд
зд i
кi
ц
цель-, кор i
вводятся на вход вычислителя 9 для выбора из библиотеки сигналов коррекции заданного путевого угла (ΔПУ), конкретного значения ΔПУ в соответствии с текущими сигналами: ΔV=V/V, и φ (угла пеленга на корабль из подвижной цели). Выход вычислителя 9 подключен к входу сумматора 4. Таким образом, на выходе сумматора 4 формируется закон управления сближением:
и обеспечивается сближение корабля с целью по прямой «волчьей погони».