способ настройки магнитометрического многодатчикового регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна с ферромагнитным корпусом

Формула изобретения

Способ настройки магнитометрического многодатчикового регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна с ферромагнитным корпусом, включающий измерение магнитного поля судна закрепленными на его корпусе бортовыми магнитометрическими датчиками и внешними магнитометрическими датчиками, расположенными на некотором удалении от судна, осуществляемое для ряда различных магнитных состояний судна, подбор величин токов в обмотках размагничивающего устройства, которым соответствует минимальный уровень магнитного поля судна во внешней по отношению к нему области пространства, для указанных магнитных состояний судна, совместную математическую обработку измеренных величин магнитного поля с соответствующими им величинами токов в обмотках размагничивающего устройства и определение значений индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков в алгоритме формирования сигналов управления токами каждой из обмоток размагничивающего устройства судна, введение в вычислительную программу регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна упомянутых определенных значений индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков, отличающийся тем, что значения индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков определяют заранее расчетным путем с точностью до постоянного множителя, общего для всех весовых коэффициентов сигналов датчиков каждой из обмоток, с использованием математической модели в виде тонкостенной оболочки из материала с бесконечно большой магнитной проницаемостью, имеющей размерения и обводы корпуса конкретного судна, а численное значение упомянутого постоянного множителя для каждой из обмоток определяют в процессе совместной математической обработки измеренных значений магнитного поля судна с соответствующими им величинами токов в обмотках размагничивающего устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к размагничиванию судов с ферромагнитным корпусом и касается вопросов настройки автоматических регуляторов токов в обмотках судовых размагничивающих устройств.

Для автоматического управления токами в обмотках размагничивающих устройств современных судов широко используются магнитометрические многодатчиковые регуляторы токов. В таких регуляторах сигналы управления токами обмоток размагничивающего устройства складываются из сигналов отдельных датчиков. Эффективность использования магнитометрических многодатчиковых регуляторов на судах существенно зависит от качества их настройки. В простейшем случае суммирование сигналов отдельных датчиков осуществляется с одинаковыми весовыми коэффициентами, и настройка магнитометрического регулятора сводится к установке уровней сигналов управления токами обмоток размагничивающего устройства, при которых обеспечивается минимальный уровень внешнего магнитного поля судна. Этот способ предусмотрен для настройки магнитометрических регуляторов токов с небольшим количеством датчиков (см. патент США № 4373174 от 8.02.1983 г.) - аналог. В указанном техническом решении магнитометрическое управление токами обмоток размагничивающего устройства осуществляется с помощью датчиков в виде генераторов Холла, располагающихся под корпусом судна в местах, где магнитное поле, обусловленное крупными ферромагнитными массами, имеет максимумы. Настройка регулятора достигается подбором коэффициента усиления суммарного сигнала от генераторов Холла, управляющего тиристорным источником питания обмоток размагничивающего устройства. При этом из-за суммирования сигналов отдельных датчиков с одинаковыми весовыми коэффициентами не обеспечивается полное использование информационных возможностей магнитометрического регулирования токов в обмотках судового размагничивающего устройства.

Более совершенным и наиболее близким к заявляемому способу является способ настройки регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства, предусматривающий определение значений индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков в алгоритме формирования сигналов управления токами каждой из обмоток размагничивающего устройства судна (см. патент США № 6965505 В1 от 15.11.2005 г.) - прототип. В известном техническом решении для управления токами обмоток судового размагничивающего устройства используется непрерывная компьютерная обработка измерительной информации, поступающей от бортовых магнитометрических датчиков. При этом значения индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков в алгоритме формирования сигналов управления токами обмоток размагничивающего устройства определяются в процессе настройки регулятора путем решения системы алгебраических уравнений, составленной с использованием результатов измерения магнитного поля судна закрепленными на его корпусе бортовыми датчиками и внешними датчиками, расположенными на некотором удалении от корпуса, для ряда различных магнитных состояний судна (состояний намагниченности корпуса судна). Для точного решения упомянутой системы уравнений число различных магнитных состояний судна должно соответствовать числу значений индивидуальных весовых коэффициентов. Изменения магнитных состояний судна в процессе настройки регулятора осуществляются, как правило, путем воздействия на судно внешним электромагнитным полем при различных значениях тока в обмотках размагничивающего устройства. Возможно также использование для настройки регулятора естественных эксплуатационных изменений намагниченности корпуса в процессе ходовых испытаний судна.

Данный (известный) способ позволяет осуществлять достаточно точную настройку магнитометрического многодатчикового регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна с ферромагнитным корпусом, однако его применение из-за необходимости многократных изменений магнитных состояний судна и, как следствие этого, большого объема измерений магнитного поля чрезвычайно трудоемко.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости настройки магнитометрического многодатчикового регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна с ферромагнитным корпусом.

Выполнение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе настройки магнитометрического многодатчикового регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна с ферромагнитным корпусом, включающем измерение магнитного поля судна закрепленными на его корпусе бортовыми магнитометрическими датчиками и внешними магнитометрическими датчиками, расположенными на некотором удалении от судна, осуществляемое для ряда различных магнитных состояний судна, подбор величин токов в обмотках размагничивающего устройства, которым соответствует минимальный уровень магнитного поля судна во внешней по отношению к нему области пространства, для указанных магнитных состояний судна, совместную математическую обработку измеренных величин магнитного поля с соответствующими им величинами токов в обмотках размагничивающего устройства и определение значений индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков в алгоритме формирования сигналов управления токами каждой из обмоток размагничивающего устройства судна, введение в вычислительную программу регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна упомянутых определенных значений индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков, по изобретению значения индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков определяют заранее расчетным путем с точностью до постоянного множителя, общего для всех весовых коэффициентов сигналов датчиков каждой из обмоток, с использованием математической модели в виде тонкостенной оболочки из материала с бесконечно большой магнитной проницаемостью, имеющей размеры и обводы корпуса конкретного судна, а численное значение упомянутого постоянного множителя для каждой из обмоток определяют в процессе совместной математической обработки измеренных значений магнитного поля судна с соответствующими им величинами токов в обмотках размагничивающего устройства.

Предварительное определение значений индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков с точностью до постоянного множителя расчетным путем по геометрическим параметрам корпуса судна до начала настройки регулятора позволяет значительно снизить трудоемкость работ за счет многократного сокращения числа различных магнитных состояний судна и объема измерительной информации о магнитном поле, необходимых для настройки.

Применение предлагаемого способа для настройки магнитометрического многодатчикового регулятора возможно даже при использовании одного состояния намагниченности корпуса судна.

Принципиальная возможность определения весовых коэффициентов бортовых магнитометрических датчиков с точностью до постоянного множителя расчетным путем выявлена в ходе исследования линейных полевых функционалов поверхностной намагниченности тонких ферромагнитных оболочек произвольной формы и топологии. Исследование показало, что значения упомянутых коэффициентов могут быть определены с использованием математической модели в виде тонкостенной оболочки из материала с бесконечно большой магнитной проницаемостью. Использованное при исследовании программное обеспечение (в частности, программа «STAR 3D Magnetic») пригодно для ферромагнитных оболочек, имеющих форму корпуса морских судов, и обеспечивает вполне удовлетворительную для целей предлагаемого способа погрешность вычислений, оцениваемую несколькими процентами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлена система, поясняющая реализацию предлагаемого способа, включающая: ферромагнитный корпус судна 1 с закрепленными на нем бортовыми магнитометрическими датчиками 2, соединенными с регулятором тока 3, подключенным через управляемые источники электрического питания 4, 5, 6 соответственно к батоксовой 7, шпангоутной 8 и горизонтальной 9 размагничивающим обмоткам. Кроме того, на период проведения работ по настройке регулятор тока 3 подключен к береговому компьютеру 10, соединенному с расположенными на некотором удалении от корпуса судна внешними магнитометрическими датчиками 11.

Настройка магнитометрического многодатчикового регулятора токов в обмотках размагничивающего устройства судна предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Перед выполнением настройки расчетным путем с использованием математической модели в виде тонкостенной оболочки из материала с бесконечно большой магнитной проницаемостью, имеющей размеры и обводы корпуса судна, на котором установлен настраиваемый регулятор, с точностью до постоянного множителя определяют значения индивидуальных весовых коэффициентов сигналов бортовых магнитометрических датчиков в алгоритме формирования сигналов управления токами обмоток размагничивающего устройства.

В процессе настройки для исходного магнитного состояния судна, имеющегося к моменту начала настройки, осуществляют измерение магнитного поля закрепленными на ферромагнитном корпусе судна 1 бортовыми магнитометрическими датчиками 2 и расположенными на некотором удалении от судна внешними магнитометрическими датчиками 11. Затем последовательно выполняют подбор величин токов в горизонтальной 9, шпангоутной 8, батоксовой 7 обмотках размагничивающего устройства, при которых достигается минимальный уровень внешнего магнитного поля судна для исходного магнитного состояния. Для снижения погрешности настройки формируют второе магнитное состояние судна путем воздействия на него внешним электромагнитным полем либо механическими нагрузками, возникающими при ходовых испытаниях, и для полученного магнитного состояния вновь осуществляют указанные выше операции измерения магнитного поля и подбора величин токов в обмотках размагничивающего устройства. Результаты измерения магнитного поля и величины токов в обмотках 7, 8, 9 фиксируются в береговом компьютере 10. После этого путем совместной математической обработки измеренных значений магнитного поля судна и величин токов в обмотках размагничивающего устройства на береговом компьютере 10 определяют упомянутые постоянные множители для каждой из обмоток и вводят уточненные значения индивидуальных весовых коэффициентов в вычислительную программу настраиваемого регулятора токов 3.

В результате настройки магнитометрический многодатчиковый регулятор через управляемые источники электрического питания 4, 5, 6 изменяет в процессе плавания величины токов в батоксовой 7, шпангоутной 8 и горизонтальной 9 обмотках размагничивающего устройства в соответствии с эксплуатационными изменениями намагниченности корпуса судна.

Относительное снижение трудоемкости работ при использовании предлагаемого способа может быть ориентировочно определено по отношению количеств, необходимых для осуществления настройки магнитометрического многодатчикового регулятора токов, различных магнитных состояний ферромагнитного корпуса судна предлагаемым и известным способами. Ожидаемое снижение трудоемкости - около восьмидесяти процентов.