УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВОДНЫМ АППАРАТОМ Российский патент 2012 года по МПК B63G8/16 B63H25/00 

Изобретение относится к системам управления движением подводных аппаратов (ПА).

Известно устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального, а также горизонтального продольного и поперечного перемещений, подключенные соответственно к выходам первого, второго и третьего усилителей, поворотную телекамеру с первым датчиком угла поворота относительно продольной оси подводного аппарата в вертикальной плоскости и датчик команд, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, выход которого подключен к входу первого усилителя, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, второй блок умножения, второй ключ, выход которого подключен к входу второго усилителя, первый пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, последовательно соединенные источник постоянного сигнала, сумматор, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу сумматора, а выход соединен с управляющим входом второго ключа, причем вторые входы первого и второго блоков умножения подключены к выходу датчика команд, а входы первого и второго функциональных преобразователей, первого порогового элемента и второй вход сумматора соединены с выходом первого датчика угла поворота телекамеры, последовательно соединенные второй датчик угла поворота телекамеры относительно вертикальной оси, третий синусный функциональный преобразователь, третий блок умножения, выход которого подключен ко входу третьего усилителя, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика угла поворота телекамеры, и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго ключа, а выход - к входу второго усилителя, причем второй вход третьего блока умножения подключен к выходу второго функционального преобразователя, а его третий вход - к выходу датчика команд (А.с. №1363692, 1987).

Недостатком этого устройства является то, что в случае входа некоторых его движителей в насыщение будет происходить сход ПА с линейной траектории его пространственного движения по направлению к обнаруженному объекту.

Известно также устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные датчик угла поворота телекамеры и первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого источника опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, и первый усилитель, выход которого соединен со входом движителя вертикального перемещения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора, входу синусного функционального преобразователя и выходу датчика угла поворота телекамеры, второй блок умножения, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, и второй усилитель, выход которого соединен со входом движителя горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента, и шестой ключ, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, а также датчик команд и последовательно соединенные первый блок деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам косинусного функционального преобразователя и второго источника опорного сигнала, второй сумматор и седьмой ключ, второй вход которого соединен с выходом первого блока деления, а третий - со вторым входом второго сумматора и выходом второго блока деления, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего источника опорного сигнала и выходом синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика команд, пятый пороговый элемент и восьмой ключ, второй вход которого подключен к выходу датчика команд, а выход - к третьему входу шестого ключа, причем выход пятого порогового элемента соединен со вторым входом четвертого ключа, последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент, вход которого подключен к выходу третьего ключа, третий блок умножения и девятый ключ, второй вход которого соединен с выходом седьмого ключа и вторым входом третьего блока умножения, а выход - со вторыми входами третьего сумматора и шестого ключа (Патент РФ №2412858. Бюл. №6, 2011).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению. Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет управлять прямолинейным движением ПА к обнаруженному объекту только в вертикальной плоскости. При пространственном движении ПА это прямолинейное движение не обеспечивается.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является устранение указанного выше недостатка. То есть обеспечение предельно быстрого прямолинейного движения ПА к обнаруженному объекту в пространстве.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого решения, выражается в автоматическом выборе предельно высокой скорости пространственного перемещения ПА по прямолинейной траектории к обнаруженному объекту, когда ни один из его движителей не входит в режим насыщения.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные первый датчик угла поворота телекамеры и первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого источника опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, и первый усилитель, выход которого соединен со входом движителя вертикального перемещения, второй косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора 6, входу первого синусного функционального преобразователя и выходу первого датчика угла поворота телекамеры, последовательно соединенные второй блок умножения, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, и второй усилитель, выход которого соединен со входом движителя горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента, и шестой ключ, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, а также датчик команд и последовательно соединенные второй источник опорного сигнала и первый блок деления, последовательно соединенные второй сумматор и седьмой ключ, а также второй блок деления, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходами третьего источника опорного сигнала и первого синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий сумматор, пятый пороговый элемент и восьмой ключ, второй вход которого подключен к выходу датчика команд и первому входу третьего сумматора, а выход - к третьему входу шестого ключа, причем выход пятого порогового элемента соединен со вторым входом четвертого ключа, последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент, вход которого подключен к выходу третьего ключа, третий блок умножения и девятый ключ, выход которого подключен к вторым входам третьего сумматора и шестого ключа, дополнительно вводятся последовательно соединенные второй датчик угла поворота телекамеры, третий косинусный функциональный преобразователь и четвертый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу первого блока деления и первому входу второго блока умножения, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика угла поворота телекамеры, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя и второму входу четвертого блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого ключа, третий усилитель и движитель поперечного перемещения, а также последовательно соединенные четвертый источник опорного сигнала, третий блок деления, второй вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, первый блок взятия модуля, четвертый сумматор и десятый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого блока взятия модуля, третий - к выходу седьмого ключа и к второму входу четвертого сумматора, а выход - ко вторым входам третьего блока умножения и девятого ключа, причем первый вход второго сумматора подключен ко второму входу седьмого ключа и через второй блок взятия модуля - к выходу первого блока деления, а второй вход - к третьему входу седьмого ключа и через третий блок взятия модуля - к выходу второго блока деления.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с его аналогом и прототипом свидетельствует о его соответствии критерию «Новизна».

Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет автоматически сохранять максимально быстрое прямолинейное движение ПА к обнаруженному объекту.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления подводным аппаратом.

Устройство для управления подводным аппаратом содержит движители вертикального 1 и горизонтального 2 перемещений, телекамеру 3, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные первый датчик 4 угла поворота телекамеры 3 и первый пороговый элемент 5, последовательно соединенные первый сумматор 6, первый вход которого подключен к выходу первого источника 7 опорного сигнала, второй пороговый элемент 8, логический элемент 9 НЕ и логический элемент 10 ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент 11 подключен к выходу первого сумматора 6, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь 12, первый блок 13 умножения, первый ключ 14, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента 5, и первый усилитель 15, выход которого соединен со входом движителя 1 вертикального перемещения, второй косинусный функциональный преобразователь 16, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора 6, входу первого синусного функционального преобразователя 12 и выходу первого датчика 4 угла поворота телекамеры 3, последовательно соединенные второй блок 17 умножения, второй ключ 18, второй вход которого подключен к выходу логического элемента 10 ИЛИ, и второй усилитель 19, выход которого соединен со входом движителя 2 горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик 20 расстояния, третий ключ 21, четвертый пороговый элемент 22, четвертый ключ 23, пятый ключ 24, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента 22, и шестой ключ 25, выход которого подключен ко вторым входам первого 13 и второго 17 блоков умножения, а также датчик 26 команд и последовательно соединенные второй источник 27 опорного сигнала и первый блок 28 деления, последовательно соединенные второй сумматор 29 и седьмой ключ 30, а также второй блок 31 деления, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходами третьего источника 32 опорного сигнала и первого синусного функционального преобразователя 12, последовательно соединенные третий сумматор 33, пятый пороговый элемент 34 и восьмой ключ 35, второй вход которого подключен к выходу датчика 26 команд и первому входу третьего сумматора 33, а выход - к третьему входу шестого ключа 25, причем выход пятого порогового элемента 34 соединен со вторым входом четвертого ключа 23, последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент 36, вход которого подключен к выходу третьего ключа 21, третий блок 37 умножения и девятый ключ 38, выход которого подключен к вторым входам третьего сумматора 33 и шестого ключа 25, последовательно соединенные второй датчик 39 угла поворота телекамеры 3, третий косинусный функциональный преобразователь 40 и четвертый блок 41 умножения, выход которого подключен ко второму входу первого блока 28 деления и первому входу второго блока 17 умножения, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь 42, вход которого подключен к выходу второго датчика 39 угла поворота телекамеры 3, пятый блок 43 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 16 и второму входу четвертого блока 41 умножения, шестой блок 44 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого ключа 25, третий усилитель 45 и движитель 46 поперечного перемещения, а также последовательно соединенные четвертый источник 47 опорного сигнала, третий блок 48 деления, второй вход которого подключен к выходу пятого блока 43 умножения, первый блок 49 взятия модуля, четвертый сумматор 50 и десятый ключ 51, второй вход которого подключен к выходу первого блока 49 взятия модуля, третий - к выходу седьмого ключа 30 и к второму входу четвертого сумматора 50, а выход - ко вторым входам третьего блока 37 умножения и девятого ключа 38, причем первый вход второго сумматора 29 подключен ко второму входу седьмого ключа 30 и через второй блок 52 взятия модуля - к выходу первого блока 28 деления, а второй вход - к третьему входу седьмого ключа 30 и через третий блок 53 взятия модуля - к выходу второго блока 31 деления. Обнаруженный объект 54.

Задачей устройства для управления подводным аппаратом является обеспечение минимального времени его подхода к объекту 54 в пространстве без столкновения с ним и с другими объектами. Исходя из этой задачи, целесообразно иметь прямолинейное движение ПА к цели с максимально возможной скоростью.

Предложенное устройство работает следующим образом. Датчик 4 измеряет текущий угол поворота телекамеры 3 в вертикальной плоскости относительно горизонтальной плоскости (угол α), в которой расположены оси X и Y (где ось X совпадает с продольной осью ПА), а датчик 39 - угол поворота этой телекамеры относительно вертикальной оси Z (угол β). В результате однозначно определяется направление прямолинейного движения ПА к объекту 54 в пространстве вдоль текущего направления оптической оси телекамеры 3. При этом вдоль оси Z он должен перемещаться на расстояние, пропорциональное sinα, вдоль оси X - пропорционально cosαcosβ, а вдоль поперечной оси Y - пропорционально cosαsinβ. Т.е. движители 1, 2 и 46 должны создавать тяги, пропорциональные sin α, cosαcosβ и cosαsinβ, соответственно. Если используются винтовые движители, то скорости вращения винтов ПА также должны быть пропорциональны sinα, cosαcosβ и cosαsinβ, соответственно.

Функциональные зависимости sinα и cosα формируются на выходах функциональных преобразователей 12 и 16, а функциональные зависимости sinβ и cosβ - на выходах функциональных преобразователей 42 и 40, соответственно. В результате на выходах блоков 13, 17 и 44 формируются сигналы U_уsinα, U_уcosαcosβ и U_уcosαsinβ, соответственно. Причем, сигнал U_у определяет скорость перемещения ПА по прямолинейной траектории к объекту 54. Он формируется или автоматически, или оператором с помощью датчика 26 команд, который представляет собой рукоятку с потенциометром или просто потенциометр любого типа. Если ключи 14 и 18 замкнуты, то на движители 1, 2 и 46 поступают сигналы U_B=K_BU_уsinα, U_Г=K_ГU_уcosαcosβ, U_П=K_ПU_уcosαsinβ (где K_В, K_Г, K_П - коэффициенты усиления усилителей 15, 19 и 45, соответственно, которые выбираются в зависимости от гидродинамических свойств ПА). Создаваемые движителями 1, 2 и 46 тяги пропорциональны величинам подаваемых на них сигналов U_В, U_Г и U_П, которые имеют ограничения. Эти тяги должны обеспечивать прямолинейное перемещение ПА к объекту 54 с максимально возможной скоростью.

Предложенное устройство обеспечивает качественное управление ПА и при наличии подводных течений. В этом случае оператор должен постоянно удерживать объект 54 в центре телемонитора, изменяя углы α и β телекамеры. При этом соответствующие движители, уменьшив или увеличив свои тяги, автоматически обеспечивают сближение ПА с объектом 54. Однако, если течение значительно (например, встречное течение), то ПА прижимается к грунту. При этом α стремится к нулю. Если рельеф дна содержит существенные неровности, то возможны или потеря объекта 54 из виду, или столкновение ПА с этими неровностями. Для устранения подобной ситуации необходимо отключить движитель 1 вертикальной тяги при некотором минимально допустимом значении угла α. Отключение движителя 1 обеспечивается с помощью порогового элемента 5 с характеристикой

где U_5вых, U_5вх - соответственно, выходной и входной сигналы этого элемента; U_5ср>0 - величина срабатывания элемента 5 (она определяется рельефом дна и свойствами ПА, характером выполняемых работ и др.).

Таким образом, если α достигает малого значения, то пороговый элемент 5 размыкает ключ 14, движитель 1 останавливается, а встречное течение отрабатывается только движителем 2. При этом ПА приближается к объекту 54 по горизонтали. Так как телекамера 3 продолжает слежение за этим объектом, а расстояние между ним и ПА сокращается, то через некоторое время угол α увеличится, сработает пороговый элемент 5, включая ключ 14, и вновь запустится движитель 1. Это будет продолжаться до подхода ПА к объекту 54.

При попутном течении возникает ситуация, когда ПА может проскочить объект, проходя над ним на некоторой высоте, так как в предлагаемом методе управления ПА в определенный момент сближения с объектом будет находиться в положении, когда угол α будет приближаться к 90°, оставаясь меньше 90°. В этом случае и течение, и движитель 2 способствуют увеличению угла α.

Если при приближении угла α к 90° не отключить движитель 2, то ПА проскочит объект 54 на большой скорости и для его возвращения потребуется значительное время и потеря энергии. Для исключения подобной ситуации используют источник опорного сигнала 7, вырабатывающий напряжение, равное выходному сигналу датчика положения 4 при α=90° и совпадающее с ним по знаку. Пороговые элементы 8 и 11 имеют, соответственно, характеристики

где U_iвых, U_iвх - выходные и входной сигналы соответствующих пороговых элементов ; U_8с<0 - значение входного сигнала, при котором срабатывает пороговый элемент 8.

Выходные сигналы элементов НЕ 9 и ИЛИ 10 определяются соотношениями

В результате движитель 2 будет всегда останавливаться при выполнении условия U_8с≤U_8вх≤0 до того, как ПА проскочит объект 54. Последнее следует из того, что элементы 8-10 с помощью ключа 18 размыкают цепь питания движителя 2 при приближении α к 90°. Величина U_8с определяется заранее и зависит от скорости течения, гидродинамических свойств ПА, характера выполняемых работ и т.п.

После отключения движителя 2 движение к объекту 54 происходит только под действием движителя 1 по вертикали. Если в процессе сближения ПА с объектом угол α уменьшается, то ключ 18 вновь замыкается, запуская движитель 2, и ПА опять начинает приближаться к объекту 54 до появления условия U_8с≤U_8вх≤0.

Если же после остановки движителя 2 течение сместит ПА по горизонтали так, что угол α становится больше 90°, то пороговый элемент 11 замыкает ключ 18, но движитель 2 уже создает тягу в противоположную по отношению к течению сторону, не давая ПА сильно проскочить объект 54. Поскольку в данном случае до момента достижения α значения 90° движитель 2 отключен, то ПА в момент α=90° имеет малую горизонтальную скорость, в основном определяемую величиной попутного горизонтального течения. В результате ПА проскакивает объект 54 с малой скоростью, которая быстро гасится реверсивным включением движителя 2. Если движитель 2 смещает ПА так, что α станет меньше 90°, то опять размыкается цепь питания движителя 2. В данном случае горизонтальная составляющая скорости автоматически гасится уже встречным течением.

Аналогично описывается работа ПА и при боковом течении, которое направлено встречно или попутно движущемуся ПА. Предположим, что имеет место встречное боковое течение. Тогда при описанном алгоритме управления возникает ситуация, когда по осям Z и X расстояние до объекта 54 будет стремиться к нулю, а по оси Y расстояние будет большим. В результате угол α будет стремиться к нулю, а угол к 90°. В этой ситуации с помощью порогового элемента 5 произойдет отключение движителя 1. Близок к нулю будет и управляющий сигнал U_Г. Оставшееся не пройденным расстояние по оси Y будет уменьшено до нуля движителем 46, на вход которого будет подаваться сигнал U_П, имеющий близкую к максимальной составляющую cosαsinβ. Описанная ситуация возникает только при сильном боковом встречном течении. При незначительных течениях движение к объекту 54 будет осуществляться по некоторой, плавной криволинейной пространственной траектории.

При попутном боковом течении расстояние до цели по оси Y может обнулиться несколько раньше, чем по осям Х и Z. При этом произойдет изменение знака sinβ, а следовательно, и реверс движителя 46. В результате также будет обеспечен плавный подход ПА к цели.

Очевидно, что чем быстрее ПА будет двигаться к обнаруженному объекту по прямолинейной траектории, тем быстрее он его достигнет. Однако, если задаваемая оператором скорость движения ПА и пространственное расположение прямолинейной траектории будут такими, что некоторые из движителей в силу ограничения своей мощности будут входить в насыщение, то система управления автоматически (независимо от оператора) должна изменять параметры движения ПА таким образом, чтобы исключить эти насыщения и тем самым предотвратить сход ПА с заданной траектории и потерю визуального контакта с объектом 54.

Сигналы, поступающие с выходов источников 27, 32 и 47, соответственно, равны , , , где , , - максимально возможные значения входных сигналов движителей 2, 1 и 46, соответственно, при которых еще не наступает их насыщение. В результате на выходах блоков деления 28, 31 и 48 формируются сигналы, соответствующие максимально допустимым значениям управляющих воздействий, при которых движители 2, 1 и 46 еще не входят в насыщение при текущих значениях углов α и β:

В результате при отсутствии подводных течений для обеспечения прямолинейного перемещения ПА к объекту 54 в качестве управляющего должно быть выбрано минимальное из трех значений , или .

Поскольку с течением времени расстояние между объектом 54 и ПА уменьшается, а скорость его прямолинейного движения является максимально возможной, то без своевременного уменьшения этой скорости возможно столкновение ПА и объекта даже в случае отключения движителей, т.к. ПА будет продолжать движение к объекту по инерции. Поэтому при достижении расстояния 1₁ между указанным объектом и ПА скорость последнего должна быть автоматически уменьшена в к₁ раз без схода ПА с прямолинейной траектории движения к объекту. Это удается сделать с помощью релейного элемента 36 и блока 37, на выходе которого формируются сигналы или Если ПА приближается к объекту 54 на расстояние l_i, то на выходе блока 37 сигнал управления движителями уменьшается до величин или обеспечивая автоматическое снижение скорости движения ПА по прямолинейной траектории в к_i раз.

На выходе сумматора 29 формируется сигнал, равный Если он положителен, то Тогда выход ключа 30 соединяется с выходом блока 53 и на выходе этого ключа появляется сигнал а на выходе сумматора 50 - сигнал Если этот сигнал положителен, то Тогда выход ключа 51 соединяется с выходом блока 53 и на выходе ключа 51, а также на выходе блока 37 и ключей 38, 25 появляется минимальный из трех возможных сигналов: (предельно возможный для движителя 1 при текущем значении углов α и β, если ПА находится на большом расстоянии от объекта 54 и U_36вх>l₁). В результате на вторые входы блоков умножения 13, 17 и 44 также будет подаваться управляющий сигнал

Если же разность отрицательна, то и на выходе ключей 51, 38 и 25 появится минимальный из текущих сигналов: (предельно возможный для движителя 46 при текущем значении углов α и β).

Если сигнал отрицателен, то и на выходе ключа 30 появится сигнал а на выходе сумматора 50 - сигнал . Если этот сигнал положителен, то и на выходе ключей 38, 25 и 51 появится минимальный из трех возможных сигналов: (предельно возможный для движителя 2 при текущем значении углов α и β), который поступит на вторые входы блоков умножения 13, 17 и 44. Если же при будет выполняться неравенство то на вторые входы блоков умножения 13, 17 и 44 будет подан сигнал

При таком формировании сигнала U_у при отсутствии течений всегда будет обеспечиваться прямолинейное перемещение ПА к объекту 54 на большом расстоянии от него.

Релейный элемент 36 имеет характеристику U_36вых=l, если ПА находится на большом расстоянии от объекта 54 и U_36вх>l₁; U_36вых=к₁<1, если ПА начинает приближаться к этому объекту, l₁>U_36вх>l₂; U_36вых=к₂<к₁, если ПА еще ближе подходит к объекту, и l₂>U_36вх>l₃; U_36вых=к_i<к_i-1, если l_i>U_36вх>l_i+1 и т.д., где i=1, 2,…,n. Здесь n - любое заданное проектировщиком число; к_i, l_i - любые действительные положительные числа, задаваемые проектировщиком ПА и зависящие от динамических свойств ПА и особенностей его взаимодействия с вязкой средой; l_i - расстояние от ПА до объекта 54, измеряемое датчиком 20.

Очевидно, что в описанном алгоритме формирования управляющего сигнала датчик команд 26 (ручное управление) должен быть отключен. Отключение этого датчика обеспечивается с помощью ключа 25. Указанный автоматический алгоритм управления имеет место только при значительных расстояниях между ПА и объектом 54. Это расстояние измеряется с помощью датчика 20 и, если оно становится меньше некоторого наперед заданного значения, то срабатывает пороговый элемент 22 и ключ 25 соединяет вторые входы блоков умножения 13, 17 и 44 с выходом датчика команд 26. В результате осуществляется переход на ручное управление ПА вблизи объекта 54. Порог срабатывания элемента 22 выбирается заранее. Он зависит от пути торможения ПА, который в свою очередь определяется гидродинамическими свойствами этого аппарата и возможной скоростью его движения в автоматическом режиме.

Если в процессе приближения ПА к объекту 54 независимо от расстояния между ними требуется использовать только ручное управление, то выход датчика 20 вручную отключается от входа порогового элемента 22 с помощью ключа 21. В результате, независимо от расстояния между ПА и объектом 54 выходной сигнал порогового элемента 22 равен нулю и ключ 24 соединит соответствующие входы блоков 13, 17 и 44 с выходом датчика команд 26.

Если опять потребуется перейти на автоматическое управление, то ключ 21 замыкается. Однако, когда вокруг объекта 54 работают другие ПА, пересекающие траекторию движения рассматриваемого ПА, то может понадобиться маневрирование его скоростью. В этом случае автоматический режим движения ПА к объекту 54 без оснащения его специальными средствами обнаружения других ПА и защиты от столкновения невозможен. В данной ситуации требуется непрерывное ручное управление. При этом, если в зоне движения ПА не появляется посторонних движущих аппаратов, то движение ПА к объекту 54 по-прежнему должно осуществляться по прямолинейной траектории и с максимальной скоростью. Причем эта скорость в любой момент времени должна быть уменьшена оператором, если на траектории движения или вблизи нее предполагается появление других ПА.

В данной ситуации ключ 24 вручную переключается оператором и соединяет выход ключа 23 с первым входом ключа 25. На выходе сумматора 33 формируется сигнал, равный разности между сигналом, вырабатываемым датчиком команд 26, и наименьшим из сигналов или Если эта разность отрицательна, то ни один из трех движителей еще не входит в насыщение и сигнал управления U_у, вырабатываемый оператором с помощью датчика команд 26, способен перемещать ПА по прямолинейной траектории к объекту 54. В этом случае ключ 23, на вход которого поступает нулевой сигнал с порогового элемента 34, размыкает цепь даже при значительном расстоянии до объекта 54 и на первый вход ключа 25 поступает нулевой управляющий сигнал, который отключает входы блоков 13, 17 и 44 от выхода ключа 38 и соединяет их с выходом ключа 35, через который проходит сигнал U_у от датчика команд 26.

Если же выходной сигнал сумматора 33 становится положительным, то прямолинейное движение ПА к объекту 54 под действием сигнала U_у с выхода датчика 26 становится невозможным. В данной ситуации оператор пытается задать такую скорость движения ПА, которую тот не способен отработать в процессе прямолинейного движения к объекту 54, т.к. происходит насыщение одного из движителей. Допущенная оператором ошибка должна быть немедленно исправлена автоматической системой управления. При этом положительный сигнал с выхода сумматора 33 заставляет сработать пороговый элемент 34. В результате с помощью ключа 23 выход порогового элемента 22 соединяется с первым входом ключа 25. Поскольку большую скорость движения ПА оператор может задать только при значительном расстоянии до объекта 54, то сигнал с выхода порогового элемента 22 не равен нулю. В результате ключ 25 автоматически отстраняет оператора от управления ПА и независимо от допущенной им ошибки ПА продолжит движение к объекту 54 в автоматическом режиме прямолинейно и с максимально возможной скоростью.

Если на пути движения ПА появятся другие объекты, то оператор уменьшает сигнал U_у с выхода датчика команд 26. В результате сигнал с выхода сумматора 33 опять станет отрицательным, обнулится выход порогового элемента 34 и ключ 23 разомкнется. При этом ключ 25 опять подключит выход датчика 26 к входам блоков 13, 17 и 44 и ПА вновь подчинится команде оператора, переключаясь на ручное управление. Это ручное управление продолжится до тех пор, пока оператор не совершит очередную ошибку и не задаст с помощью датчика 26 не реализуемую при прямолинейном движении к объекту 54 скорость движения ПА. При новой ошибке оператора система опять переведет ПА на автоматическое управление. В результате ПА всегда будет двигаться к цели по кратчайшей прямолинейной траектории независимо от действий оператора. Это экономит и затрачиваемую энергию на перемещения и сокращает время подхода ПА к обнаруженным объектам.

Если неожиданных препятствий на пути к цели не предвидится, то оператор может опять перейти на полностью автоматическое управление ПА с максимально возможной скоростью его прямолинейного движения, вручную соединив с помощью ключа 24 выход порогового элемента 22 с входом ключа 25.

Если расстояние от ПА до объекта 54 уменьшится до такой величины, при которой появится нулевой сигнал с выхода пороговый элемента 22, то через замкнутый ненулевым сигналом с выхода порогового элемента 34 ключ 23 во всех случаях переведет управление ПА на ручной режим от датчика 26 даже тогда, когда оператор выдает с помощью этого датчика недопустимо большой для прямолинейного движения ПА к объекту 54 сигнал (с учетом насыщения движителей). В этой ситуации для устранения ошибки оператора переход на автоматический режим работы (при малом расстоянии от ПА до объекта 54) уже невозможен. Поэтому ошибочно большой сигнал управления, вырабатываемый оператором с помощью датчика 26, с целью сохранения прямолинейного движения к объекту 54 не должен поступить на входы блоков 13, 17 и 44, а также движителей 1, 2 и 46. Отключение этого ошибочного сигнала осуществляется ключом 35, на управляющий вход которого подается ненулевой сигнал с порогового элемента 34. При этом все движители перестают работать до тех пор, пока управляющий сигнал, вырабатываемый датчиком 26, будет больше сигнала или , или .

В указанной ситуации ПА продолжит движение к объекту 54 только по инерции и с малой скоростью за счет предварительного уменьшения управляющих сигналов на величину k_i, несмотря на недопустимо большие сигналы, вырабатываемые датчиком 26. Почувствовав торможение ПА, оператор должен понять свою ошибку, связанную с формированием большого сигнала U_У, и уменьшить его. Если этот управляющий сигнал станет меньше (или или ), то на выходе сумматора 33 появится отрицательный сигнал, а на выходе порогового элемента 34 - нулевой сигнал, обеспечивающий замыкание ключа 35, который в свою очередь обеспечит прохождение создаваемого оператором уменьшенного (допустимого) сигнала U_у на входы блоков умножения 13, 17, 44 и движителей 1, 2, 46. В результате прямолинейное движение ПА к объекту 54 будет продолжено с необходимой малой скоростью.

Если оператор захочет быстро уничтожить объект 54 на большой скорости прямолинейного движения ПА путем тарана, то он должен вручную перевести ключ 38 из режима подключения к выходу блока 37 в режим его соединения с выходом ключа 51, обеспечивая соединение выхода ключа 51 со входами сумматора 33 и ключа 25.

Таким образом, предложенное устройство для управления ПА позволяет осуществить автоматический и ручной режимы управления сближением ПА с объектом 54, сохраняя прямолинейное движение ПА к этому объекту с максимально возможной скоростью.

Изобретение относится к технике управления движением подводных аппаратов. Предложенное устройство предназначено для обеспечения прямолинейного движения подводного аппарата в пространстве к обнаруженному объекту как в автоматическом, так и в ручном режимах управления с максимальной скоростью, учитывающей возможные насыщения движителей этого аппарата. В состав устройства входят: телекамера, датчики угла поворота телекамеры, датчик команд, источники опорного сигнала, пороговые элементы, блоки умножения, блоки деления, логические элементы НЕ и ИЛИ, синусные и косинусные функциональные преобразователи, сумматоры, ключи, усилители, блоки взятия модуля. Технический результат выражается в автоматическом выборе максимально возможного сигнала управления, при котором еще не появляются насыщения ни в одном из движителей. 1 ил.

Устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, телекамеру, установленную с возможностью поворота, последовательно соединенные первый датчик угла поворота телекамеры и первый пороговый элемент, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого источника опорного сигнала, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ и логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, и первый усилитель, выход которого соединен со входом движителя вертикального перемещения, второй косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен ко второму входу первого сумматора 6, входу первого синусного функционального преобразователя и выходу первого датчика угла поворота телекамеры, последовательно соединенные второй блок умножения, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, и второй усилитель, выход которого соединен со входом движителя горизонтального перемещения, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент, четвертый ключ, пятый ключ, второй вход которого подключен к выходу четвертого порогового элемента, и шестой ключ, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, а также датчик команд и последовательно соединенные второй источник опорного сигнала и первый блок деления, последовательно соединенные второй сумматор и седьмой ключ, а также второй блок деления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего источника опорного сигнала и первого синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий сумматор, пятый пороговый элемент и восьмой ключ, второй вход которого подключен к выходу датчика команд и первому входу третьего сумматора, а выход - к третьему входу шестого ключа, причем выход пятого порогового элемента соединен со вторым входом четвертого ключа, последовательно соединенные первый многоуровневый релейный элемент, вход которого подключен к выходу третьего ключа, третий блок умножения и девятый ключ, выход которого подключен к вторым входам третьего сумматора и шестого ключа, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные второй датчик угла поворота телекамеры, третий косинусный функциональный преобразователь и четвертый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу первого блока деления и первому входу второго блока умножения, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика угла поворота телекамеры, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя и второму входу четвертого блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого ключа, третий усилитель и движитель поперечного перемещения, а также последовательно соединенные четвертый источник опорного сигнала, третий блок деления, второй вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, первый блок взятия модуля, четвертый сумматор и десятый ключ, второй вход которого подключен к входу первого блока взятия модуля, третий - к выходу седьмого ключа и к второму входу четвертого сумматора, а выход - ко вторым входам третьего блока умножения и девятого ключа, причем первый вход второго сумматора подключен ко второму входу седьмого ключа и через второй блок взятия модуля - к выходу первого блока деления, а второй вход - к третьему входу седьмого ключа и через третий блок взятия модуля - к выходу второго блока деления.