Система штурвального управления для скоростных судов
Система штурвального управления для скоростных судов относится к области автоматического управления движением скоростных судов по курсу, например, к системам управления судами на подводных крыльях или судами с каверной. Сущность полезной модели состоит в том, что в систему штурвального управления, содержащую датчик положения штурвала, датчик скорости судна, подключенный к функциональному преобразователю, и исполнительный привод руля, введен вычислитель требуемой перекладки руля, при этом выход датчика положения штурвала подключен к первому входу вычислителя, к второму входу которого подключен выход функционального преобразователя, а выход вычислителя подключен к исполнительному приводу руля. Технический результат состоит в повышении точности штурвального управления судном по курсу за счет масштабируемой растяжки угла поворота штурвала в соответствии с действующими ограничениями перекладки руля в зависимости от скорости движения судна, определяемыми функциональным преобразователем.
Предлагаемая полезная модель относится к области автоматического управления движением скоростных судов по курсу, например, к системам управления судами на подводных крыльях или судами с каверной.
Известны системы автоматического управления скоростными судами, работающие по принципу регулирования по отклонению, содержащие исполнительные приводы рулей, взаимодействующие с блоками выработки управляющих воздействий, индикаторы заданного и текущего курса, устройства для ввода поправок по курсу и другие элементы и устройства, обеспечивающие работу системы в целом, в том числе и в режиме штурвального управления. (См., например, Березин С.Я., Тетюев Б.А Системы автоматического управления движением судна по курсу. Л., "Судостроение", 1990.)
Однако, в связи с развитием техники, повышением требований к комфортности и мореходности судов, ростом их тоннажа при повышении скорости движения известные системы перестали удовлетворять предъявляемым к ним требованиям, что вызвало необходимость усовершенствования известных систем.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенному устройству может быть выбран "Авторулевой для скоростных судов" по авт. св. №989976, МПК G 05 D 1/00, приоритет 1980.
Известный авторулевой (система управления) содержит датчик положения штурвала, исполнительный привод, воздействующий на руль судна, датчик скорости судна, вычислитель ограничений по перекладке руля в зависимости от скорости судна (функциональный преобразователь) и ряд других известных механизмов и элементов, несущественных для заявленного устройства.
Недостаток известного устройства (системы) заключается в том, что при перекладке руля с помощью штурвала не учитывается скорость судна, т.е., например, поворот штурвала на максимально возможный угол, допустимый на малых скоростях движения, может привести к недопустимым последствиям на большой скорости движения, а малый угол отклонения штурвала (на большой скорости движения) приводит к потере точности управления судном в силу чисто человеческого фактора.
Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача создать такую систему штурвального управления скоростным судном, при которой при исключении опасности возникновения аварийных ситуаций в связи с движением судна на высоких скоростях повышается точность штурвального управления судном.
Поставленная задача решается тем, что предложена система штурвального управления для скоростных судов, содержащая датчик положения штурвала, воздействующий на исполнительный привод руля, и датчик скорости судна, подключенный к функциональному преобразователю.
Новым в предложенной системе является то, что она содержит вычислитель требуемой перекладки руля, при этом выход датчика положения штурвала подключен к первому входу вычислителя, к второму входу которого подключен выход функционального преобразователя, а выход вычислителя подключен к исполнительному приводу руля.
Технический результат заявленной системы заключается в повышении точности штурвального управления судном по курсу на высоких скоростях
движения за счет того, что при каждом ограничении угла перекладки руля (с возрастанием скорости движения судна) угол поворота штурвала не ограничивается, что свойственно прототипу, а как бы растягивается, т.е. при более высокой скорости движения для перекладки руля на один и тот же угол в заявленной системе по сравнению с прототипом штурвал требуется повернуть на больший угол, что позволяет точнее выдержать курс судна. Другими словами, в заявленную систему в закон управления рулем от штурвала с помощью переменного передаточного коэффициента введена зависимость углов поворота штурвала и перекладки руля от скорости движения, при которой поворот штурвала на максимальный угол соответствует максимально допустимой для данной скорости движения судна перекладке руля.
На фиг.1 показана функциональная блок-схема заявленной системы; на фиг.2 - график перекладки руля в зависимости от поворота штурвала.
Заявленная система (фиг.1) содержит штурвал 1, с которым механически связан датчик 2 углового положения штурвала, выдающий соответствующий электрический сигнал. Датчик 2 своим выходом подключен к соответствующуму входу вычислителя 3. К другому входу этого вычислителя последовательно через функциональный преобразователь 4 подключен датчик скорости 5 судна (лаг). Выход вычислителя 3 подключен к исполнительному приводу 6 руля 7.
Система работает следующим образом.
При повороте штурвала 1 в ту или иную сторону от нулевого положения до максимального значения на датчике 2 пропорционально меняется величина напряжения соответствующего знака. Выдаваемый датчиком электрический сигнал поступает на соответствующий вход вычислителя 3. Одновременно на другой вход вычислителя 3 поступает сигнал от функционального преобразователя 4, реализующего функцию 
огр=f(V) определения допустимой величины угла перекладки руля в зависимости от скорости V судна, поступающей от датчика 5 скорости судна. Таким образом, на вычислителе
сравнивается сигнал 
ршт, поступивший от датчика 2 углового положения штурвала 1 с сигналом огр, поступившим от функционального преобразователя 4 и вычисленного по данным датчика 5 скорости судна, при этом вычислитель 3 реализует зависимость:
где: руля - требуемый угол перекладки руля;
огр - допустимая величина угла перекладки руля для данной скорости V движения судна;
шт - угол поворота штурвала;
шт.макс - максимальный угол поворота штурвала;
signшт - знак поворота штурвала (влево-вправо);
V - скорость движения судна;
- абсолютная величина .
Суть реализованного заявленной системой процесса наглядно показана на фиг.2, где по оси "X" отложен угол шт поворота штурвала, а по оси "Y" угол руля перекладки руля. Изображенная на графике прямая Б'ОБ характеризует линейную зависимость между углом поворота штурвала и углом перекладки руля руля при некоторой скорости движения судна V, при которой допустимая перекладка руля равна огр. Из фиг.2 видно, что в заявленной и известной системах на один и тот же угол перекладки руля требуется различный угол поворота штурвала при скоростях движения, при которых накладываются ограничения на допустимые перекладки руля, а поскольку в заявленной системе этот угол больше за счет введенных зависимостей, то и перекладка руля устанавливается точнее, т.е. точность движения судна по курсу будет выше.
Система штурвального управления для скоростных судов, содержащая датчик положения штурвала, воздействующий на исполнительный привод руля, и датчик скорости судна, подключенный к функциональному преобразователю, отличающаяся тем, что система содержит вычислитель требуемой перекладки руля, при этом выход датчика положения штурвала подключен к первому входу вычислителя, к второму входу которого подключен выход функционального преобразователя, а выход вычислителя подключен к исполнительному приводу руля.
