СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ Российский патент 1997 года по МПК B63B39/06 

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/.

Использование: судостроение. Сущность изобретения: система автоматического управления судном на подводных крыльях содержит один центральный вычислитель (ЦВ) и группу автономных вычислителей (АВ), воздействующих на группу приводов рулевых поверхностей (РП), и две группы переключающих элементов (ПЭ). Количество АВ равно количеству приводов РП и количеству ПЭ в каждой из двух групп. Информация о состоянии судна снимается с соответствующих датчиков, общих для ЦВ и АВ. При исправности системы закон управления приводом каждой РП формируется на соответствующем АВ и корректируется дополнительными членами, формируемыми на ЦВ. При отказе ЦВ он отключается ПЭ второй группы и управление приводом каждой РП ведется от соответствующего АВ. При отказе одного (и более) АВ он отключается соответствующим ПЭ первой группы, после чего управление приводом отказавшего АВ ведется от ЦВ. При одновременном отказе ЦВ и одного (и более) АВ соответствующая РП обнуляется и управление судном ведется от исправных АВ остальными РП. 1 ил.

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.