Устройство управления движением безэкипажного судна

Авторы патента:

B63H25 - Управление судами: уменьшение скорости хода, осуществляемое иными средствами, чем движители (использование подвижно установленных движителей для управления судном B63H 5/14; использование подвижно установленных забортных двигательно-движительных агрегатов B63H 20/00); динамическая постановка на якорь, т.е. расположение судов с помощью основных или вспомогательных движителей (постановка судов на якорь, кроме динамической, B63B 21/00; устройства для уменьшения килевой и бортовой качки или подобных нежелательных движений судов с помощью реактивных струй или гребных винтов B63B 39/08)

Полезная модель относится к области судовождения, а именно к способам и средствам управления морскими судами при реализации движения по заданному маршруту. Предлагаемое устройство содержит приемник 1 сигналов спутниковых навигационных систем (СНС), задатчик 2 траектории объекта управления, блок 3 пересчета текущих координат объекта управления в требуемый путевой угол, четырехвходовый сумматор 4, датчик 5 руля и рулевой привод 6. Датчик 5 установлен на общем валу объекта управления и привода 6. Илл. 1.

Полезная модель относится к области судовождения, а именно к средствам управления морскими судами при реализации движения по заданному маршруту.

Известно устройство управления морским судном, защищенное авторским свидетельством СССР 460535, кл. G05D 1/00, 1973. В этом устройстве удержание судна на заданном курсе обеспечивается по данным гирокомпаса с помощью реализации пропорционально-дифференциального закона управления рулевым приводом. Это устройство содержит сумматор, усилитель мощности, исполнительный механизм, датчик и задатчик курса, элемент сравнения, операционные усилители, масштабные делители, датчик руля.

Признаками, общими с заявляемой полезной моделью устройства управления, в этом аналоге являются сумматор, датчик руля и исполнительный механизм.

Причинами, препятствующими достижению в этом аналоге результата, обеспечиваемого полезной моделью, являются относительно низкая точность, а также необходимость в наличии экипажа, что не всегда имеет место.

Известно также устройство управления морским судном, защищенное авторским свидетельством СССР 979204, кл. B63H 25/04, 1982.

Оно содержит датчик и задатчик курса, датчик угловой скорости объекта управления, датчик руля, сумматоры, рулевой привод, блок автоматического управления курсом, интегратор, ограничитель, регуляторы оборотов гребных винтов и задатчики оборотов винтов.

Признаками, общими с заявляемой полезной моделью устройства управления, в этом аналоге являются сумматор, датчик угловой скорости объекта управления, датчик руля и рулевой привод.

Причины, препятствующие достижению в этом аналоге результата, обеспечиваемого полезной моделью, те же, что и для первого аналога.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели устройства управления (прототипом) является устройство управления движением морского судна, защищенное патентом РФ 2150409, кл. B63H 25/00, 1998. В этом устройстве на объекте управления установлен приемник сигналов спутниковых радионавигационных систем, рулевой привод, датчик руля, датчик угловой скорости объекта управления, задатчик его траектории, пять сумматоров, три интегратора и перемножитель.

Признаками, общими с заявляемой полезной моделью устройства управления, в прототипе являются приемник сигналов спутниковых навигационных систем, рулевой привод, датчик руля, задатчик траектории и четырехвходовый сумматор.

Причинами, препятствующими достижению в прототипе результата, достигаемого полезной моделью, являются относительно низкие надежность и точность наведения, обусловленные сложностью устройства, реализующего способ, и относительно низкая точность измерения угловой скорости объекта управления, осуществляемая датчиком угловой скорости.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности управления движением судна по заданной траектории, а также упрощение и повышение надежности устройства.

Для достижения указанного технического результата в известное устройство управления движением судна, содержащее последовательно включенные датчик руля, сумматор с четырьмя входами и рулевой привод, приемник сигналов спутниковых навигационных систем и задатчик траектории объекта управления введен блок пересчета текущих координат объекта управления в требуемый путевой угол, первый вход которого соединен с первым выходом приемника сигналов спутниковых навигационных систем, второй - с выходом задатчика траектории объекта управления, второй и третий входы сумматора соединены соответственно со вторым и третьим выходами приемника сигналов спутниковых навигационных систем, а четвертый - с выходом блока пересчета текущих координат в требуемый путевой угол.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит приемник 1 сигналов спутниковых навигационных систем (СНС), задатчик 2 траектории объекта управления, блок 3 пересчета текущих координат объекта управления в требуемый путевой угол, четырехвходовый сумматор 4, датчик 5 руля и рулевой привод 6. Датчик 5 установлен на общем валу объекта управления и привода 6. Объект управления на чертеже не показан.

Первый выход приемника 1 СНС соединен с первым входом блока 3, второй - со вторым входом сумматора 4, а третий - с третьим входом сумматора 4, первый вход которого соединен с выходом датчика 5 руля, а выход - с управляющим входом привода 6. Второй вход блока 3 соединен с выходом задатчика 2, а выход - с четвертым входом сумматора 4.

Работа устройства состоит в следующем.

Приемник 1 формирует на своем первом выходе текущие координаты широту и долготу объекта управления, которые поступают оттуда на первый вход блока 3 пересчета координат в требуемый путевой угол. С помощью этого же приемника эти координаты с учетом направления на север преобразуются в текущий путевой угол ПУ, который со второго выхода приемника поступает на второй вход сумматора 4. Угловая скорость со объекта управления формируется на третьем выходе приемника 1 и оттуда поступает на третий вход сумматора 4.

На первый вход сумматора 4 поступает угол перекладки руля с выхода датчика 5, установленного на общем валу привода 6 и объекта управления.

Задатчик 2 представляет собой элементы памяти, содержащие записанные заранее координаты точек поворота заданной траектории движения объекта управления, а именно широту _i и долготу _i этих точек. Координаты _i и _i этих точек поступают с выхода задатчика 2 на второй вход блока 3.

Блок 3 осуществляет пересчет текущих координат широты и долготы объекта управления с учетом заданных координат _i и _i точек поворота траектории в требуемые путевые углы ПУ_тр, обеспечивающие минимальное расхождение фактической траектории движения объекта управления с заданной, если направление движения объекта управления будет совпадать с требуемым путевым углом.

В сумматоре 4 формируется сигнал управления рулевым приводом 6 вида:

где ПУ - путевой угол, измеренный приемником СНС,

ПУ_тр - требуемый путевой угол, пересчитанный из текущих координат объекта управления и заданных координат точек поворота траектории;

K₁ , K₂ и K₃ - коэффициенты настройки регулятора привода;

- угловая скорость объекта управления;

- угол перекладки руля.

При реализации закона управления (1) фактическая траектория объекта управления будет практически совпадать с заданной.

Заявляемая полезная модель устройства управления практически достаточно легко реализуемо. В качестве приемника 1 сигналов спутниковых навигационных систем, задатчика 2 траектории, блока 3 и сумматора 4 как элементов вычислительной техники, датчика 5 и привода 6 могут сужить соответствующие элементы устройства-прототипа.

Нетрудно видеть, что в заявляемой полезной модели отдельный датчик угловой скорости объекта управления отсутствует. В качестве такового здесь используется непосредственно приемник 1 сигналов СНС. Это позволило значительно точнее измерять угловую скорость со объекта управления и существенно упростить устройство и повысить его надежность. Ориентировочный расчет показывает, что наработка на отказ предлагаемого устройства примерно на 15% выше, чем у устройства-прототипа.

Устройство управления движением безэкипажного судна, содержащее последовательно включённые датчик руля, сумматор с четырьмя входами и рулевой привод, приёмник сигналов спутниковых навигационных систем и задатчик траектории объекта управления, отличающееся тем, что в устройство введён блок пересчёта текущих координат объекта управления в требуемый путевой угол, первый выход приёмника сигналов спутниковых навигационных систем соединён с первым входом блока пересчёта текущих координат в требуемый путевой угол, второй и третий выходы соединены соответственно со вторым и третьим входами сумматора, выход задатчика траектории объекта управления соединен со вторым входом блока пересчёта текущих координат в требуемый путевой угол, выход которого соединен с четвёртым входом сумматора.