система автоматического управления судном на подводных крыльях

Формула изобретения

Система автоматического управления судном на подводных крыльях, содержащая центральный вычислитель, связанный с приводами рулевых поверхностей и через первую входную шину с датчиками перегрузки, углового положения и угловых скоростей судна, отличающаяся тем, что в нее введены соответствующие числу приводов автономные вычислители, каждый из которых связан первым входом с соответствующей группой датчиков, и две группы переключающих элементов, число которых в каждой группе равно числу приводов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего переключающего элемента первой группы, первый переключаемый вход которого соединен с первым выходом соответствующего автономного вычислителя, а второй переключаемый вход с выходом соответствующего переключающего элемента второй группы и вторым входом соответствующего автономного вычислителя, второй выход которого соединен с управляющим входом соответствующего элемента первой группы и второй входной шиной центрального вычислителя, каждый выход из группы первых выходов которого подключен к первому переключаемому входу соответствующего переключающего элемента второй группы, при этом управляющие входы элементов второй группы соединены с вторым выходом центрального вычислителя, а вторые переключаемые входы с шиной нулевого сигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматической стабилизации движения судна на подводных крыльях и предназначено в частности для уменьшения килевой, бортовой качки и динамических перегрузок, возникающих при движении судна.

Известны многочисленные системы автоматического управления судами на подводных крыльях [1][2] содержащие датчики положения и перегрузок судна, вычислители, вырабатывающие законы управления судном, и приводы рулевых поверхностей, реализующие эти законы управления.

Известные системы отличаются друг от друга различными сочетаниями содержащихся в них конструктивных элементов и различными связями между ними и реализуют несколько различные законы управления.

Однако каждая из известных систем решает преимущественно какую-то частную задачу или группу частных задач и не может в должной мере обеспечить надежность управления судном и безопасность плавания, поскольку неудовлетворительно решаются вопросы безопасности в случае отказа отдельных элементов управления. Например, известные системы не исключают быстрого и опасного крена судна /вследствие его высокой скорости движения/ при "раздрае" боковых рулевых поверхностей. Повышение надежности системы за счет дублирования /троирования и т. д. / элементов и связей настолько усложняет систему, что делает неперспективным этот путь повышения надежности.

Известна система автоматического управления судном на подводных крыльях, содержащая центральный вычислитель, связанный с приводами рулевых поверхностей и через первую входную шину с датчиками перегрузки, углового положения и угловых скоростей [3]

Данная система выбрана в качестве наиболее близкого аналога изобретения.

Несмотря на то, что известная система по сравнению с другими формирует и реализует наиболее благоприятные для плавания законы управления рулевыми поверхностями, она в основном сохраняет присущие другим системам перечисленные выше недостатки.

Техническим результатом изобретения является повышение отказобезопасности и живучести системы и качества управления судном.

Это достигается тем, что в систему автоматического управления судном на подводных крыльях, содержащую центральный вычислитель, связанный с приводами рулевых поверхностей и через первую входную шину с датчиками перегрузки, углового положения и угловых скоростей судна, введены соответствующие числу приводов автономные вычислители, каждый из которых связан первым входом с соответствующей группой датчиков, и две группы переключающих элементов, число которых в каждой группе равно числу приводов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего переключающего элемента первой группы, первый переключаемый вход которого соединен с первым выходом соответствующего автономного вычислителя, а второй переключаемый вход с выходом соответствующего переключающего элемента второй группы и с вторым входом соответствующего автономного вычислителя, второй выход которого соединен с управляющим входом соответствующего элемента первой группы и с второй входной шиной центрального вычислителя, каждый выход из группы первых выходов которого подключен к первому переключаемому входу соответствующего переключающего элемента второй группы, при этом управляющие входы элементов второй группы соединены с вторым выходом центрального вычислителя, а вторые переключаемые входы с шиной нулевого сигнала.

На чертеже представлена схема системы управления.

Система содержит центральный вычислитель 1, датчики 2 перегрузки, углового положения и угловых скоростей судна, переключающие элементы 3, автономные вычислители 4, силовые приводы 5. Число автономных вычислителей 4 равно числу силовых приводов 5. Переключающие элементы 3 объединены в две группы: первую 6 и вторую 7. Число переключающих элементов 3 в каждой группе равно числу приводов 5. Каждый привод 5 подключен к выходу своего переключающего элемента 3 первой группы 6, первый переключаемый вход 8 которого соединен с первым выходом своего автономного вычислителя 4, а второй переключаемый вход 9 подключен к выходу соответствующего переключающего элемента 3 второй группы 7 и к второму входу этого же автономного вычислителя 4. Второй выход 10 автономного вычислителя 4 соединен с управляющим входом 11 своего /соответствующего/ переключающего элемента 3 первой группы 6 и с второй входной шиной 12 центрального вычислителя 1. Каждый выход 13 из группы 14 первых выходов центрального вычислителя 1 подключен к первому переключаемому входу соответствующего переключающего элемента 3 второй группы 7. Управляющий вход 15 каждого из элементов второй группы соединен с вторым выходом 16 центрального вычислителя 1, а второй переключаемый вход соединен с шиной 17 нулевого сигнала.

Каждый из трех показанных на чертеже датчиков 2 в действительности представляет собой группы датчиков, которые, в частности, соответствуют: а - датчикам приводов 5 левого борта; б правого борта, в для остальных приводов системы /указанная разбивка является условной, приведена для примера. К приводам левого борта могут относиться приводы кормового и носового закрылов левого борта судна, аналогично для правого борта, к остальным приводам - приводы закрылков кормового, носового руля, носового центрального закрылка, что на чертеже соответствует двум приводам 5а, двум приводам 5б и трем приводам 4в соединены с шинами А, Б, В, которые через первую входную шину 19 связаны с входом центрального вычислителя 1.

Система работает следующим образом.

При отсутствии отказов в системе на управляющие входы 11 и 15 всех переключающих элементов 3 поступает сигнал логического нуля, при котором выход переключающих элементов 3 в первой группе 6 соединяется с первым переключаемым входом 8, а во второй группе 7 с первым переключаемым входом 13 /на чертеже совпадает по индексу с выходом 13 центрального вычислителя 1/. При этом законы управления приводами 5 формируются автономными вычислителями 4 по информации подключенных к ним через шины А, Б, В датчиков 2 с учетом дополнительных членов от центрального вычислителя 1, формируемых по информации тех же датчиков 2, которые подключены к центральному вычислителю 1 через первую входную шину 19.

Принципиально законы управления определяются зависимостью:6

где

P число параметров управления, формируемых центральным вычислителем для соответствующего автономного вычислителя;

n число параметров управления в законе управления автономного вычислителя соответствующего привода;

l, m промежуточные переменные /индексы суммирования/;

K_l, K_m передаточные коэффициенты;

X_l, X_m параметры управления /углы, перегрузки, угловые скорости и их функции/;

Первая сумма в приведенной зависимости представляет собой закон управления, формируемый в автономном вычислителе 4, вторая сумма - дополнительные члены, формируемые в центральном вычислителе 1.

При обнаружении отказа центрального вычислителя 1 его встроенными средствами контроля и человеком-оператором на управляющий вход 15 каждого переключающего элемента 3 второй группы 7 с центрального вычислителя 1 через выход 16 поступает сигнал логической единицы, при котором с выходом каждого переключающего элемента 3 этой группы соединяется его второй переключаемый вход, подключенный к шине 17 нулевого сигнала. После этого законы управления приводами 5 будут формироваться только автономными вычислителями 4, т.е. из приведенной выше зависимости будет исключена вторая сумма, представляющая собой дополнительные члены к законам управления приводами 5, формируемые в центральном вычислителе 1, когда он исправен.

При обнаружении отказа какого-либо автономного вычислителя 4 его встроенными средствами контроля или человеком-оператором на управляющий вход 11 соответствующего элемента 3 первой группы 6 поступает сигнал логической единицы, при котором выход этого элемента соединится с его вторым переключаемым входом 9, подключенным к выходу 13 центрального вычислителя 1 через соответствующий элемент 3 второй группы 7. Об этом центральный вычислитель получит сообщение через вторую входную шину 12 и, пользуясь информацией от всех датчиков 2, подключенных к нему через первую входную шину 19, сформирует соответствующий закон управления, аналогичный приведенной выше зависимости.

В случае одновременного отказа центрального и одного /или более/ из автономных вычислителей на вход соответствующего привода поступит нулевой сигнал, в результате чего произойдет нулеустановление соответствующего закрылка или руля, при этом исправные автономные вычислители и соответствующие им приводы будут продолжать функционировать.

Данная система основана на иерархическом принципе построения. В ней на нижнем уровне находятся периферийные, например, простые аналоговые вычислители, пространственно приближенные к соответствующим агрегатам силовых приводов, связанные с датчиками только своей группы и выполненные в виде отдельных блоков с собственными вторичными источниками питания.

На верхнем уровне находится центральный вычислитель, например, цифровой с аналого-цифровым преобразователем на входе и цифроаналоговым преобразователем на выходе, который целесообразно совместить с пультом управления судном. Центральный вычислитель связан со всеми датчиками системы и координирует функционирование вычислителей нижнего уровня /автономных вычислителей/.