СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ КРЕНА СУДНА

Полезная модель относится к области судостроения - автоматическому управлению движением судна (стабилизации крена судна).
Известны системы стабилизации крена судна, в которых формируют пропорционально-дифференциальный «ПД» закон управления:
где θ, - сигнал угла крена судна, снимаемый с датчика угла крена,
зд
δ - заданное значение угла перекладки закрылков, которое поступает на входы рулевых приводов закрылков судна.(А.С. СССР №468831. МПК B63b 39/00.)
Известна система умерения угла крена с использованием «ПД» закона (А.С. СССР №253.19.99 МПК В63В 39/06, принятая нами в качестве прототипа, система реализована в ЦНИИ «Аврора» в проекте 14310 «Мираж». //В.М. Корчанов, А.Г. Маковский. Автоматическое управление движением судов. Труды XXXIV Всероссийской конференции по управлению морскими судами и специальными аппаратами. Москва. ИПУ РАН. 2007 г. стр. 36-40) //). Система умерения крена судна базируется на использованием закона стабилизации крена (1)., в котором сигнал угла крена - θ формируется датчиком угла крена, а сигнал производной от угла крена вырабатывается датчиком угловой скорости или блоком дифференцирования.
Рассмотренные системы стабилизации крена судна позволяют снизить качку судна в 1,4-3 раза, однако устанавливать их на неводоизмещающие суда опасно (суда на подводных крыльях относятся именно к этой категории судов).
Техническим результатом, предлагаемой системы стабилизации крена судна является:
- выявление и прогноз предаварийной ситуации о появлении недопустимо большого углу крена,
- автоматическая перестройка архитектуры системы стабилизации угла крена (переход с замкнутого управления на разомкнутое - программное управление),
- повышение живучести системы автоматической стабилизации при появлении сильного волнения на море.
Технический результат достигается тем, что система стабилизации крена судна, содержит датчик правого закрылка δ прав., датчик левого закрылка δ лев, датчик угла крена Θ, первый и второй блок дифференцирования, привод правого закрылка δ прав., привод левого закрылка δ лев., первый и второй сумматоры, на вход первого сумматора вводят сигналы:
- d/dt θ - с выхода первого дифференциатора,
- δ прав - угла правого закрылка (с датчика правого закрылка δ прав.), сигнал с выхода первого сумматора - d /dt δ зд пр подключают к входу привода правого закрылка δ прав, на вход второго сумматора вводят сигналы:
- d/dt θ - с выхода второго дифференциатора,
- δ лев. - угла левого закрылка (с датчика левого закрылка δлев.), сигнал с выхода второго сумматора - d/dt δ зд лев. подключают к входу привода левого закрылка δ лев., отличающаяся тем, что используют привод (с регулятором) оборотов гребного вала, блок коммутации, корректор оборотов гребного вала и задатчик допустимого угла крена, сигнал допустимого угла крена - θдопуст (с задатчика допустимого угла крена) подключают к первому входу блока коммутации, к второму входу блока коммутации подключают сигнал угла крена Θ (с датчика угла крена Θ), сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δn (с. корректора оборотов гребного вала) подключают к третьему входу блока коммутации, в блоке коммутации формируют сигнал прогнозируемого угла крена:
θпрогноз. = θ+К d/dt θ, (5),
а) условие нормального функционирования процесса стабилизации крена:
/θ+К d/dt θ / < θдопуст, (6),
или
б) условие превышения прогнозирущего значения угла крена допустимому значению:
/θ+К d/dt θ / > θдопуст, (6а),
а) при удовлетворении условия (6) сигнал угла крена θ (из блока коммутации) вводят:
- на входы первого и второго дифференциатора,
- на входы первого и второго сумматоров,
б) при удовлетворении условия (6а) сигналы (из блока коммутации):
- δзд.пр - заданного угла правого закрылка вводят на вход первого сумматора,
- δзд.лев заданного угла левого закрылка вводят на вход второго сумматора,
- сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δn подключают ко
входу привода (с регулятором) оборотов гребного вала.
Технический результат достигается благодаря:
- использованию блока коммутации,
- корректора оборотов гребного вала
- задатчика (предельно допустимого) значения угла крена, используемого для диагностирования (прогнозирования) появления предаварийной ситуации и изменения структуры системы управления,
допуст
- отключения замкнутого закона автоматического управления движением судна вида (1), в случае превышения модуля прогнозируемого угла крена судна величины предельно допустимого значения угла крена θ вида:
При этом включается:
- закон разомкнутого программного управления закрылками вида:
в место закона (1),
- программная корректировка скорости хода судна вида:
где
зд
.прогр прав.(лев.)
δ и δ - заданный и программный угол закрылков,
прогр
n - программная корректировка оборотов гребного вала,
Θ - угол крена,
Δn - величина коррекция (уменьшения) оборотов гребного вала.
Система стабилизации крена судна
прав.
лев.
прав.
лев.
Система стабилизации крена судна использует датчик правого закрылка δ, датчик левого закрылка δ, датчик угла крена Θ, первый и второй дифференциатор, привод правого закрылка δ, привод левого закрылка δ, первый и второй сумматоры. На вход первого сумматора вводят сигналы:
- d/dt θ - производной от угла крена (с выхода первого дифференциатора, в нормальных условиях плавания),
прав.
прав.
- δ - угла правого закрылка (с датчика правого закрылка δ).
зд пр
прав
Сигнал с выхода первого сумматора d/dt δ  подключают к входу привода правого закрылка δ.
.На вход второго сумматора вводят сигналы:
- d/dt θ - производной от угла крена (с выхода второго дифференциатора, в нормальных условиях плавания),
лев.
лев.
- δ - угла левого закрылка (с датчика левого закрылка δ).
зд лев.
лев.
Сигнал с выхода второго сумматора d/dt δ  подключают к входу привода левого закрылка δ.
допуст
Для реализации предложенного технического решения в системе используют привод (с регулятором) оборотов гребного вала, блок коммутации, корректор оборотов гребного вала и задатчик допустимого угла крена. Сигнал допустимого угла крена - θ (с задатчика допустимого угла крена) подключают к первому входу блока коммутации, к второму входу блока коммутации подключают сигнал угла крена Θ (с датчика угла крена Θ). Сигнал коррекции оборотов гребного вала - Δn (с. корректора оборотов гребного вала) подключают к третьему входу блока коммутации. В блоке коммутации формируют:
- сигнал прогнозируемого угла крена:
- условие нормального функционирования процесса умерения крена:
или
- условие превышения прогнозируемого значения угла крена относительно допустимого значения (условие перехода на программное управление в предаварийной ситуации):
а). При удовлетворении условия (6) сигнал угла крена θ (из блока коммутации) вводят:
- на входы первого и второго дифференциатора,
- на входы первого и второго сумматоров.
б). При удовлетворении условия (6а). сигналы(из блока коммутации):
зд.пр
- δ - заданного угла правого закрылка (вводят на вход первого сумматора),
зд.лев
- δ заданного угла левого закрылка (вводят на вход второго сумматора),
- сигнал коррекции оборотов гребного вала Δn подключают к
входу привода (с регулятором) оборотов гребного вала.
Рассмотрим особенности работы системы стабилизации крена судна
пр.закр.
лев..закр
доп
: На чертеже приведена блок-схема системы стабилизации крена (построенная в соответствии с полезной моделью - системой стабилизации крена), которая содержит: датчик правого закрылка δ - 1., датчик левого закрылка δ - 2., датчик угла крена θ - 3.,, задатчик допустимого угла крена θ - 4, приводы оборотов гребных валов n - 5, первый дифференциатор - 6, второй дифференциатор - 7, привод правого закрылка - 8, привод левого закрылка - 9, первый сумматор - 10, второй сумматор - 11, блок коммутации - 12. корректор оборотов гребного вала - 13, объект управления - судно - 14.
При построении рассматриваемой системы в качестве датчиков 1, 2, 3, 4. следует использовать серийно выпускаемые угловые измерители с чувствительностью не хуже 2,5%.
В качестве приводов 5, 8, 9. используют штатные (корабельные привода типа РА-1). Блок коммутации - 12 может реализовываться как на аналоговых счетно-решающих элементах, так и с использованием программно-аппаратных модулей.
Из выше приведенного следует, что система может функционировать в двух режимах эксплуатации.
а.). Нормальный режим плавания, при этом в блоке коммутации - 12 формируется условие:
Удовлетворение условия (6). приводит к сохранению в системе типового закона стабилизации крена (1):
прогноз.
где θ, - сигнал угла крена судна, снимаемый с датчика угла крена - 3, θ+К d/dt θ = θ - прогнозируемое значение угла крена через интервал времени Δt (сформированное в блоке коммутации - 12.),
пр.
лев.
зд.пр.
зд.лев.
δ, δ, δ, δ, - текущие (снимаемые с датчиков закрылков - 1, 2) и заданные значения отклонения правого и левого закрылков,
(сформированные в блоке коммутации - 12.).
допуст
прогноз.
допуст
В процессе плавания угол крена θ с датчика крена - 3 и угол допустимого угла крена θ с задатчика допустимого угла крена - 4 вводится в блок коммутации - 12 циклически.. В блоке коммутации - 12 формируется модуль от прогнозируемого (будущего) через интервал времени Δt значения угла крена θ = θ+К d/dt θ, и сравнивается с величиной допустимого угла крена θ. При удовлетворении условия (6). угол крена θ из блока 12 поступает на входы первого и второго дифференциатора - 6, 7 и первого и второго сумматора 10, 11. На выходе первого сумматора - 10. формируется управляющий сигнал, который поступает на вход привода правого закрылка - 8:
. На выходе второго сумматора - 11 формируется управляющий сигнал, который поступит на вход привода левого закрылка - 9:
прогноз
допуст
б.) Если величина прогнозируемого угла крена превысит допустимое значение θ > θ
в этом случае в блоке коммутации - 12. формируется условие:
Удовлетворение условия (6а) характеризует о приближении аварийной ситуации, при этом в блоке коммутации - 12 формируется:
прогр,
- задание по коррекции оборотов гребного вала n, которое с выхода блока 12 поступит в привод (регулятор) оборотов гребного вала - 5; программное управление штатным приводом оборотов гребного вала (скоростью хода судна) примет вид:
где
- заданное (штатное управление) значение оборотов гребного вала,
Δn - величина коррекции оборотов гребного вала (поступает из блока 12),
зд. пр.
зд. лев..
- задание на поворот правого δ и левого δ закрылков формируются в блоке 12 (вместо сигнала угла крена при нормальном режиме стабилизации) и поступает с выхода блока - 12:
зд. пр
- на вход первого сумматора 10. - сигнал δ ,
зд.лев.
- на вход второго сумматора 11. - сигнал δ
При этом на вход привода правого закрылка 8. с выхода первого сумматора 10. поступит сигнал:
а на вход привода левого закрылка 9. с выхода второго сумматора 11. поступит сигнал:
Программное (противоаварийное) управление (1аа. (1бб). отключится если условие (6а) перестанет удовлетворяться, при этом будет удовлетворяться условие (6) и включится типовое управление по стабилизации крена в нормальных режимах плавания (1а) и (1бс 22 по 28 июня 2015 г).