устройство и способ автоматического управления движением судна по расписанию

Формула изобретения

1. Устройство для управления судном по расписанию, содержащее канал регулирования угла перекладки руля судна, канал регулирования оборотов n гребного вала судна, приемник спутниковой навигационной системы, выход сигнала путевого угла (ПУ) которого подключен к первому входу канала регулирования угла перекладки руля, а выход скорости V судна указанного приемника - к первому входу канала регулирования оборотов n_зд гребного вала, задатчик маршрута, выход заданного угла _зд курса которого подключен ко второму входу канала регулирования угла перекладки руля, а выход заданной скорости V_зд задатчика маршрута судна - ко второму входу канала регулирования оборотов n_зд гребного вала, отличающееся тем, что введены подруливающее устройство судна, регулятор оборотов n_подр подруливающего устройства судна, образующих канал регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства, формирователь коэффициентов законов управления, блок четырех секторов граничных значений углов положения вектора путевого угла (ПУ):

«а)» (- /4)=+7 /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+ /4, или

«б)» + /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+3 /4, или

«в)» +3 /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+5 /4, или

«г)» +5 /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+7 /4=(- /4),

блок сравнения, блок разностей и блок коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n_зд гребного вала, оборотов n_подр подруливающего устройства, выход путевого угла (ПУ) приемника спутниковой навигационной системы и выход заданного угла _зд курса задатчика маршрута подключены к входам блока сравнения, выполненного с возможностью формирования модуля разности |ПУ- _зд| на выходе, который соединен с первым входом блока разностей, второй вход которого подключен к выходу текущей широты Ф и текущей долготы приемника спутниковой навигационной системы, а третий вход - к выходу заданного угла _зд курса задатчика маршрута, соединенному с первым входом блока коррекции сигналов 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 приемника спутниковой навигационной системы, соединенным с первым входом формирователя коэффициентов законов регулирования и входом блока четырех секторов, второй вход формирователя коэффициентов законов управления подключен ко второму выходу блока разности, а выход указанного блока коррекции - к третьим входам канала регулирования угла перекладки руля и канала регулирования оборотов n _зд гребного вала и входу канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства судна.

2. Способ автоматического управления движением судна по расписанию, в котором сигналы путевого угла (ПУ) и скорости хода судна V из приемника спутниковой навигационной системы вводят на вход канала регулирования угла рулевого привода и на вход канала регулирования оборотов n_зд привода гребного вала соответственно, сигналы заданного угла _зд курса и заданной скорости V_зд хода судна из задатчика маршрута подают в канал регулирования угла рулевого привода и в канал регулирования оборотов n _зд привода гребного вала соответственно, в которых формируют законы типового управления указанными параметрами, отличающийся тем, что сигнал путевого угла (ПУ) из приемника спутниковой навигационной системы и сигнал заданного угла _зд курса из задатчика маршрута сравнивают в блоке сравнения, на выходе которого формируют модуль разности сигналов |ПУ- _зд|, который сравнивают с постоянной C, если выполняется условие |ПУ- _зд|>C, то через интервал времени t повторяют операцию сравнения сигнала модуля |ПУ- _зд| с постоянной C до тех пор, пока указанное условие |ПУ- _зд|>С выполняется; если выполняется условие |ПУ- _зд| C, осуществляют корректировку сформированных ранее законов управления угла рулевого привода и оборотов n привода гребного вала, для этого в блоке разностей формируют сигналы разности текущей широты Ф и заданной широты Ф_зд судна из задатчика маршрута и текущей долготы и заданной долготы _зд судна из задатчика маршрута, которые подают в блок коррекции законов управления; в блоке четырех секторов граничных значений вектора путевого угла (ПУ) формируют зоны четырех секторов граничных значений вектора путевого угла (ПУ):

«а)» (- /4)=+7 /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+ /4, или

«б)» + /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+3 /4, или

«в)» +3 /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+5 /4, или

«г)» +5 /4 < угол вектора путевого угла (ПУ) <+7 /4=(- /4),

определяют, в каком из указанных секторов находится в данный момент времени вектор путевого угла (ПУ), и подают граничные значения путевого угла (ПУ) соответствующего выявленного сектора в формирователь коэффициентов законов управления и блок коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n_зд гребного вала, оборотов n_подр подруливающего устройства, при этом:

если вектор путевого угла (ПУ) находится в зоне а), то в формирователе коэффициентов регулирования формируют:

коэффициенты K₁ и c использованием констант C₁, и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₁=C₁/cos( ),

,

которые подают в блок коррекции сигналов законов управления, где формируют сигнал коррекции закона управления угла рулевого привода:

,

который подают в канал регулирования угла рулевого привода, а сигналы

K₁(ПУ- _зд)+K₂ из приемника спутниковой навигационной системы и задатчика маршрута отключают от канала регулирования угла рулевого привода;

коэффициент регулирования K ₂ с использованием константы C₂ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₂=C₂/cos( ),

который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции закона управления оборотами гребного вала n_зд:

n_зд=-K₂(Ф-Ф_зд),

который подают в канал регулирования оборотов n гребного вала:

n_зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₃=C₃/cos( ),

в блоке коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n_{подр.зд} подруливающего устройства:

n_{подр.зд}=-K₃( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства;

если вектор путевого угла (ПУ) находится в зоне сектора б), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:

коэффициенты регулирования K₁ и c использованием констант C₁, и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₁=C₁/cos(180°- ),

,

которые подают в блок коррекции законов управления, где формируют закон управления рулевым приводом:

,

который подают в канал регулирования угла рулевого привода, а сигналы

K₁(ПУ- _зд)+K₂ из приемника спутниковой навигационной системы и задатчика маршрута отключают от канала регулирования угла рулевого привода;

коэффициент регулирования K ₂ с использованием константы C₂ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₂=C₂/cos(180°- ),

который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции закона управления оборотами n_зд гребного вала n_подр:

n_зд=K₂(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования оборотами n гребного вала, где формируют сигнал задания оборотов n_зд гребного вала:

n_зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₃=C₃/cos(180°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал заданных оборотов n_{подр.зд} подруливающего устройства:

n_{подр.зд} =K₃( - _зд),

который подают в канал регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства;

если вектор путевого угла (ПУ) находится в секторе в), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C₄ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₄=C₄/cos(90°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом _корр:

_корр=-K₄(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования угла рулевого привода, а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подаваемые на вход канала регулирования угла рулевого привода из приемника спутниковой навигационной системы и задатчика маршрута, отключают;

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C ₅ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₅=C₅/cos(90°- ),

который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=-K₅( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала, где формируют закон управления:

n_зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₃=C₃/cos(90°- ),

который подают в блок коррекции сигналов управления, где формируют сигнал скорости n_{подр. зд} подруливающего устройства:

n_{подр.зд}=K₃(Ф-Ф _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства, который подают в подруливающее устройство;

если вектор путевого угла (ПУ) находится в зоне сектора г), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C₄ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₄=C₄/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом _корр:

_корр=-K₄(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования угла рулевого привода, а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подаваемые на вход канала регулирования угла рулевого привода из приемника спутниковой навигационной системы и задатчика маршрута, отключают;

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C ₅ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₅=C₅/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=K₅( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала, формируя закон управления приводом гребного вала: n_зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₃=C₃/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют n_{подр.зд}:

n_{подр.зд} =-K₃(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства;

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C₄ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₄=C₄/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления углом _корр рулевого привода:

_корр=-K₄(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования угла рулевого привода , а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подаваемые на вход канала регулирования угла рулевого привода из приемника спутниковой навигационной системы и задатчика маршрута, отключают;

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C ₅ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₅=C₅/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=K₅( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала, где формируют закон управления приводом гребного вала:

n_зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника спутниковой навигационной системы:

K₃=C₃/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют n_{подр.зд} сигнал:

n_{подр.зд} =-K₃(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства, через интервал времени t в блоке сравнения формируют модуль разности сигнала |ПУ- _зд| и сравнивают с постоянной C, и если удовлетворяется условие |ПУ- _зд| C, то через следующие интервалы времени t в блоке сравнения повторяют операцию сравнения до тех пор, пока удовлетворяется условие |ПУ- _зд| C, если в момент времени m t указанное условие |ПУ- _зд| C продолжает удовлетворяться, то повторяют цикл корректировки коэффициентов регулирования законов управления указанных параметров; если удовлетворяется неравенство |ПУ- _зд|>C, то цикл корректировки законов управления указанными параметрами прекращают и осуществляют типовое управление указанными параметрами.

Описание изобретения к патенту

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.

Известно также устройство для управления судном по расписанию, содержащее канал регулирования угла 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 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 _зд 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.

Технический результат достигается тем, что в устройство для управления судном по расписанию, содержащее канал регулирования угла 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 перекладки руля, а выход скорости V судна указанного приемника - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, задатчик маршрута, выход заданного угла _зд курса которого подключен ко второму входу канала регулирования угла перекладки руля, а выход заданной скорости V_зд. задатчика маршрута судна - к первому входу канала регулирования оборотов n гребного вала, введены подруливающее устройство судна, регулятор оборотов n_подр подруливающего устройства, образующих канал регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства судна, формирователь коэффициентов законов управления, блок четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ:

«а)» (- /4)=+7 /4 < угол вектора ПУ < + /4, или

«б)» + /4 < угол вектора ПУ < +3 /4, или

«в)» +3 /4 < угол вектора ПУ < +5 /4, или

«г)» +5 /4 < угол вектора ПУ < +7 /4=(- /4),

блок сравнения, блок разностей и блок коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n _подр подруливающего устройства, выход ПУ приемника CHC и выход заданного угла _зд курса задатчика маршрута подключены к входам блока сравнения, выполненного с возможностью формирования модуля разности |ПУ- _зд| на выходе, который соединен с первым входом блока разностей, второй вход которого подключен к выходу формирования текущей широты Ф или долготы судна приемника CHC, а третий - к выходу заданного угла _зд 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 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 перекладки руля и канала регулирования оборотов гребного вала и входу канала регулирования подруливающего устройства судна.

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 рулевого привода и на вход канала регулирования оборотов n привода гребного вала соответственно, сигналы заданного угла _З курса . и заданной скорости V_зд. хода из задатчика маршрута подают в канал регулирования угла 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 _зд курса из задатчика маршрута сравнивают в блоке сравнения, на выходе которого формируют модуль разности |ПУ- _зд|, который сравнивают с постоянной C, если выполняется условие |ПУ- _зд|>C, то через интервалы времени t повторяют операцию сравнения сигнала модуля |ПУ- _зд| с постоянной C до тех пор, пока указанное условие |ПУ- _зд|>C выполняется; если выполняется условие |ПУ- _зд| C, осуществляют корректировку сформированных ранее законов управления угла рулевого привода и оборотов n привода гребного вала, для этого в блоке разностей формируют сигналы разности текущей широты Ф и заданной широты Ф_зд судна и текущей долготы и заданной долготы _зд 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)» (- /4)=+7 /4 < угол вектора ПУ < + /4, или

«б)» + /4 < угол вектора ПУ < +3 /4, или

«в)» +3 /4 < угол вектора ПУ < +5 /4, или

«г)» +5 /4 < угол вектора ПУ < +7 /4=(- /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:

коэффициенты K₁ и с использованием констант C₁, и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₁=C₁ /cos( ),

,

которые вводят в блок коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n _подр подруливающего устройства, где формируют сигнал коррекции закона управления угла рулевого привода:

,

который вводят в канал регулирования угла рулевого привода, а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , где - угловая скорость судна, из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают от канала регулирования угла рулевого привода;

коэффициент регулирования K₂ с использованием константы G₂ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₂=C₂ /cos( ),

который вводят в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции закона управления оборотами гребного вала n_зд.:

n_зд.=-K₂(Ф-Ф_зд),

который вводят в канал регулирования оборотов n гребного вала:

n_зд.= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₃=C₃ /cos( ),

в блоке коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n_{подр. зд} подруливающего устройства:

n_{подр.зд.}=-K₃ ( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства;

если вектор ПУ находится в зоне сектора б), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:

коэффициенты регулирования K₁ и c использованием констант C₁, и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₁=C₁ /cos(180°- ),

,

которые подают в блок коррекции законов управления, где формируют закон управления рулевым приводом:

,

который подают в канал регулирования угла рулевого привода, а сигналы

K₁ (ПУ- _зд)+K₂ из приемника CHC и задатчика маршрута отключают от канала регулирования угла рулевого привода;

коэффициент регулирования K₂ с использованием константы C₂ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₂=C₂ /cos(180°- ),

который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции закона управления оборотами n_зд гребного вала n_подр;

n_зд.=K₂(Ф-Ф_зд),

который вводят на вход канала регулирования оборотами n гребного вала, где формируют сигнал задания оборотов n_зд гребного вала:

n_зд.= n_зд+K₁(V-V_зд)_. +f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₃=C₃ /cos(180°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал заданных оборотов n_{подр. зд} подруливающего устройства:

n_{подр.зд.} =K₃( - _зд),

который подают в канал регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства;

если вектор ПУ находится в секторе в), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C₄ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₄=C₄ /cos(90°- ),

который вводят в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом _корр

_корр=-K₄(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования угла рулевого привода, а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подаваемые на вход канала регулирования угла рулевого привода из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают;

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C₅, и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₅=C₅ /cos(90°- ),

который подают в блок коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд.=-K₅( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала где формируют закон управления:

n_зд.= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V _.);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы С₃ и сигнала угла курса - из приемника CHC:

K₃=C₃ /cos(90°- ),

который подают в блоке коррекции законов управления, где формируют сигнал скорости n_{подр. зд} подруливающего устройства:

n_{подр.зд.} =K₃(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства, который вводят в подруливающее устройство;

если вектор ПУ находится в зоне сектора г), то в формирователе коэффициентов законов управления формируют:

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C ₄ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₄=C₄ /cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом _корр:

_корр=-K₄(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования угла рулевого привода, а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подаваемые на вход канала регулирования угла рулевого привода из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают;

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C₅, и сигнала угла курса - из приемника CHC:

K₅=C ₅/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=K₅( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вал, формируя закон управления приводом гребного вала: n_зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₃=C₃ /cos(270°- ),

который вводят в блоке коррекции законов управления, где формируют n_{подр. зд :}

n_{подр.зд.}=-K₃(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр подруливающего устройства;

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C₄ и сигнала угла курса - из приемника CHC:

K₄=C ₄/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал управления углом _корр рулевого привода:

_корр=-K₄(Ф-Ф_зд),

который подают на вход канала регулирования угла рулевого привода , а сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подаваемые на вход канала регулирования угла рулевого привода из приемника CHC и задатчика маршрута, отключают;

коэффициент регулирования K₅ использованием константы C₅, и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₅=C ₅/cos(270°- ),

который подают в блок коррекции законов управления, где формируют сигнал коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=K₅( - _зд),

который подают на вход канала регулирования оборотов n гребного вала, где формируют закон управления приводом гребного вала:

n _зд= n_зд+K₁(V-V_зд)+f(n,V);

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника CHC:

K₃=C ₃/cos(270°- ),

который подают в блоке коррекции законов управления, где формируют n_{подр. зд} формируют сигнал:

n_{подр.зд.}=-K₃(Ф-Ф_зд ),

который подают на вход канала регулирования оборотов n_подр, подруливающего устройства, через интервал времени t в блоке сравнения формируют модуль разности сигнала |ПУ- _зд| и сравнивают с постоянной C, и если удовлетворяется условие |ПУ- _зд| C, то через следующие интервалы времени t в блоке сравнения повторяют операцию сравнения до тех пор, пока удовлетворяется условие |ПУ- _зд| C; если в момент времени m t указанное условие |ПУ- _зд| C продолжает удовлетворяться, то повторяют цикл корректировки коэффициентов законов управления указанных параметров; если удовлетворяется неравенство |ПУ- _зд|>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.

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 , задатчик 2 маршрута с выходами заданного ПУ и заданного _зд угла курса, регулятор 3 угла _зд перекладки руля, рулевой привод 4, регулятор 5 оборотов n_зд гребного вала, привод 6 гребного вала, регулятор 7 оборотов n_подр подруливающего устройства, подруливающее устройство 8, блок 9 сравнения, блок 10 разностей, блок 11 коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n _подр подруливающего устройства, блок 12 четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ, формирователь 13 коэффициентов законов управления и судно 14 - объект управления.

Выход сигнала ПУ приемника CHC подключен к входу канала регулирования угла _зд перекладки руля, образованному регулятором 3 угла _зд и рулевым приводом 4, а выход скорости V судна приемника 1 CHC - к первому входу канала регулирования оборотов n_зд гребного вала, образованного регулятором 5 оборотов гребного вала и приводом 6 гребного вала. Выход ПУ приемника 1 CHC и выход заданного угла _зд курса задатчика 2 маршрута подключены к входам блока 9 сравнения, формирующего модуль разности |ПУ- _зд| на выходе, который соединен с первым входом блока 10 разностей. Второй вход блока 10 разностей подключен к выходу формирования текущей широты Ф или долготы судна приемника CHC, а третий - к выходу заданного угла _зд курса задатчика 2 маршрута, соединенному со вторым входом канала регулирования оборотов n_зд гребного вала и первым входом блока 11 коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n _подр 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 курса приемника 1 CHC. Выход указанного блока 11 подключен к третьим входам каналов регулирования угла перекладки руля, канала регулирования оборотов n_з гребного вала и входу канала регулирования оборотов n_подр , 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)» (- /4)=+7 /4 < угол вектора ПУ < + /4, или

«б)» + /4 < угол вектора ПУ < +3 /4, или

«в)» +3 /4 < угол вектора ПУ < +5 /4, или

«г)» +5 /4 < угол вектора ПУ < +7 /4=(- /4).

Способ управления в системе автоматического управления движением судна по расписанию осуществляется следующим образом.

Типовое управление по путевому углу ПУ= _зд формируется во 2^ой подсистеме управления кормовым рулевым приводом. Для этого в регулятор 3 рулевого привода 4 вводят сигналы:

ПУ - текущего путевого угла из приемника 1 (CHC),

_зд - заданного (программного) угла курса из задатчика 2 маршрута,

- угловой скорости судна, которая формируется в регуляторе 3 рулевого привода.

Закон управления углом д перекладки руля имеет вид:

где _зд - заданный угол перекладки руля,

_зд(t) - заданный (программный) угол курса,

K_1,K₂ - коэффициенты регулирования;

Сигнал _зд 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 _зд.

Для типового управление канала управления оборотами n гребного вала (скоростью хода судна - V=V_зд) на ее вход вводят сигналы: заданной скорости хода V_зд. 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:

где n_зд - заданные обороты гребного вала n,

f(n,V) - типовой закон регулирования оборотов n гребного вала.

Если |ПУ- _зд| C₁, 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:

|ПУ- _зд| C_1.

При выполнении этого условия подключается канал регулирования углом оборотов n_подр 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.

Сигнал ПУ из приемника 1 CHC и сигнал заданного _зд угла курса из задатчика 2 маршрута вводят на вход блока 9 сравнения, в котором формируют модуль разности сигналов |ПУ- _зд|.

Если |ПУ- _зд|>C, что соответствует использованию типового режима управления, то сигналы ПУ и _зд отключают от входа блока 9 сравнения, а через интервал времени t сигналы ПУ и _зд вновь вводят в блок 9 сравнения, формируя модуль разности сигналов |ПУ- _зд|, и сравнивают с постоянной С. Если |ПУ- _зд|>C, то вновь через интервалы времени t в блоке 9 сравнения повторяют операции сравнения этих сигналов, при этом функционирует штатное управление движением судна.

Если в блоке 9 сравнения удовлетворяется условие |ПУ- _зд| C, то формируют точный закона управления следующим образом.

В блоке 10 разностей формируют сигналы разности текущей широты Ф или долготы судна из приемника 1 CHC и заданной широты Ф_зд , или заданной долготы _зд из задатчика 2 маршрута: (Ф-Ф_зд ) или ( - _зд), которые вводят в блок 11 коррекции законов управления угла перекладки руля, оборотов n гребного вала, оборотов n _подр 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).» (- /4)=+7 /4 < угол вектора ПУ < + /4, или

«б)» + /4 < угол вектора ПУ < +3 /4, или

«в)» +3 /4 < угол вектора ПУ < +5 /4, или

«г)» +5 /4 < угол вектора ПУ < +7 /4=(- /4).

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 _зд) или ( - _зд).

В формирователе 13 коэффициентов законов управления формируют коэффициенты регулирования, которые вводят в блок 11 коррекции законов управления, в котором формируют сигналы законов управления:

коррекция _кор для канала управления углом перекладки руля кормового рулевого привода 4 с отключением закона управления (1);

коррекции оборотов n_зд гребного вала для канала управления оборотами гребного вала;

коррекция заданных оборотов n _подр для регулятора 7 подруливающего устройства 8.

При наличии сигнала нахождения ПУ в секторе «а)» из блока 12 четырех секторов формируют:

коэффициенты регулирования K₁ и в формирователе 13 коэффициентов законов управления с использованием констант C₁, и сигнала курса из приемника 1 CHC:

K₁=C ₁/cos( ),

.

Сигналы коэффициентов K₁ и регулирования вводят в блок 11 коррекции законов управления, где формируют сигнал управления углом перекладки руля:

.

Сигнал _корр вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4, а сигналы. K₁(ПУ- _зд)+K₂ , 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);

коэффициент регулирования K₂ с использованием константы C ₂ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₂ =C₂/cos( ),

который вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=-К₂(Ф-Ф_зд),

который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала для формирования коррекции закона управления оборотами n _зд гребного вала:

.

который подают на вход привода 6 оборотов гребного вала;

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₃ =C₃/cos( ).

В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n_{под зд} подруливающего устройства:

который вводят на вход регулятора 7 оборотов n_подр, подруливающего устройства 8, сигнал с выхода которого вводят в подруливающее устройство.

При наличии сигнала о нахождения ПУ в секторе «в)» из блока 12 четырех секторов граничных значений углов положения вектора ПУ формируют коэффициенты регулирования K₁ и в формирователе 13 коэффициентов законов управления с использованием констант C₁, и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₁ =C₁/cos(180°- ),

,

которые вводят в блок 11 коррекции законов управления, где формируют закон управления рулевьм приводом 4:

.

Сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , подключенные к входу регулятора 3 угла перекладки рулевого привода 4 из приемника 1 CHC и задатчика 2 маршрута, отключают, т.е отключают типовой режим управления по закону (1)). Сигнал _корр вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4;

коэффициент регулирования K₂ с использованием константы C₂ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₂ =C₂/cos(180°- ),

который вводят в блок 11 коррекции сигналов управления для формирования сигнала коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=K₂(Ф-Ф_зд),

который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала для формирования закона управления оборотами n гребного вала:

Коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₃ =C₃/cos(180°- ).

В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n_{под зд} подруливающего устройства 8:

который вводят на вход регулятора 7 оборотов подруливающего устройства 8, с выхода которого сигнал n_подр 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:

коэффициент регулирования K₄ с использованием констант C₄ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₄ =C₄/cos(90°- ),

который вводят в блок 11 коррекции законов управления, где формируют сигнал управления рулевым приводом 4:

который вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4. Сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , 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);

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C₅ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₅ =C₅/cos(90°- ),

который вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигнала коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=-K₅( - _зд),

который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала и формируют закон управления:

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₃ =C₃/cos(90°- ).

В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n_{под зд} подруливающего устройства 8:

который вводят на вход регулятора 7 оборотов подруливающего устройства 8. Сигнал n_подр 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:

коэффициент регулирования K₄ с использованием константы C₄ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₄ =C₄/cos(270°- ), который вводят в блок 11 коррекции законов управления для формирования сигнала управления рулевым приводом 4:

который вводят на вход регулятора 3 рулевого привода 4. Сигналы K₁(ПУ- _зд)+K₂ , 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);

коэффициент регулирования K₅ с использованием константы C₅, и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₅ =C₅/cos(270°- ),

который вводят в блок 11 коррекции законов управления, для формирования сигнала коррекции оборотов n_зд гребного вала:

n_зд=K₅( - _зд),

который вводят на вход регулятора 5 оборотов n гребного вала и формируют закон управления:

коэффициент регулирования K₃ с использованием константы C₃ и сигнала угла курса из приемника 1 CHC:

K₃ =C₃/cos(270°- ).

В блоке 11 коррекции законов управления формируют сигнал заданных оборотов n_{под зд} подруливающего устройства 8:

который вводят на вход регулятора 7 оборотов подруливающего устройства 8, с выхода которого сигнал оборотов n_подр. _зд 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.

Через интервалы времени t контролируется нахождение судна в допустимой области использования точного управления, а через интервал времени m t 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- _зд|>C₁ отключается точное управление и включается штатное управление, которое затем перестраивается на точное управление, если выполняется условие |ПУ- _зд| 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.