Способ управления движущимся судном Российский патент 2017 года по МПК B63H25/00 

Описание патента на изобретение RU2615848C1

Изобретение относится к управлению движущимся судном во время выполнения им ключевой судовой операции, например швартовной операции или динамического позиционирования, с соблюдением требований безопасности и эффективности ее осуществления и касается автоматического управления движительно-рулевым комплексом судна с использованием значений координат двух разнесенных по длине судна точек в заданной координатной системе, положение и ориентация которой на плоскости определяется энергетической эффективностью и безопасностью выполняемого маневрирования.

Известен способ управления движущимся судном по величине поперечных смещений двух разнесенных по длине судна точек, условно называемых носовой F и кормовой А, и условной точки G, расположенной в пределах корпуса судна в его диаметральной плоскости (ДП), текущее положение которой определяют исходя из текущих значений координат носовой F и кормовой А точек (Пат. РФ №2553610, опубл. 05.06.2015).

Способ заключается в том, что в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая - к корме судна (точка А на фиг. 1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OYo.

Координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (dxoF) и точки A (dxoA) от оси OYo и продольные отклонения точки F (dyoF) и точки A (dyoA) от оси OXo. Знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы XoOYo, в котором находятся точки F и А.

Возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

где α1, α2 - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OY0.

Сигнал σy считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна от оси OYo. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна пересекает ось OYo под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (dxoF) и точки А (dxoA), причем dxoF больше 0, dxoA меньше 0 (фиг. 1) и dxoF меньше 0, dxoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению dxoF и dxoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OYo; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению dxoF, dxoA и к совпадению ДП судна и оси OYo.

На фиг. 3, 4 ДП судна не пересекает линию OYo, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σy и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α1 и α21 больше α2, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы, фиг. 3, 4; α1 и α2 будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, фиг. 1, 2).

Соотношение значений коэффициентов α1 и α2 может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления ДП судна от линии OYo будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:

где l - расстояние между точками F и А.

Возникающие продольные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

где β1, β2 - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OXo. Сигнал σx считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом. При этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условия

Формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (ϕот, λот) и заданных (ϕоз, λоз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы XoOYoo):

где ϕот, λот - текущие значения широты и долготы точки О соответственно;

ϕоз, λоз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно;

χ1, χ2 - коэффициенты усиления.

Формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OYo относительно направления на N с учетом значений текущего Ψт и заданного Ψз угла поворота:

где γ - коэффициент усиления.

При этом значения заданных координат (ϕоз, λоз) начала координатной системы XoOYo определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например при выполнении швартовной операции.

Значение заданного направления оси OYo определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна. В частности, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования.

Таким образом, меняют положение и ориентацию координатной системы XoOYo на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции.

Однако изменение положения координатной системы XoOYo без учета динамических свойств управляемого судна может привести к ситуации, когда поставленная цель планируемого маневра окажется недостижимой, то есть управляемое судно не в состоянии будет выполнить определенную команду на приведение его в заданное положение, соответствующее заданному положению координатной системы XoOYo минимум по двум причинам:

- особенности динамических свойств судна с учетом влияния внешних факторов (ветер, волнение, течение, мелководье, ледовые условия) не позволяют выполнить заданный маневр;

- особенности технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна не позволяют реализовать сформированный сигнал управления.

Относительная скоротечность выполнения маневра любой сложности не представляет судоводителю достаточно времени для анализа степени и характера влияния множества факторов на поведение судна. В этих условиях целесообразно использовать возможности бортового компьютера. Для этого необходимо, прежде всего, иметь в памяти компьютера математическую модель судна (ММС) или несколько его моделей, а также адекватное запрограммированное математическое описание характера воздействия внешних факторов на динамические свойства судна.

Известными программными методами в оперативную память бортового компьютера необходимо своевременно вносить значения параметров, характеризующих текущее состояние загрузки судна и внешней среды в районе предполагаемого или планируемого маневрирования и, наконец, если это возможно, используя графические возможности бортового компьютера, предусмотреть присутствие на экране монитора отображения навигационной обстановки в районе маневрирования.

Наличие указанной информации позволит судоводителю заранее, а возможно и непосредственно перед выполнением маневра, смоделировать процесс его протекания при реальном множестве комбинаций управляющих воздействий на судно с использованием технических возможностей его движительно-рулевого комплекса, что позволит установить возможность выполнения маневра в соответствии с целенаправленным перемещением координатной системы XoOYo.

На основании вышесказанного можно утверждать, что одним из необходимых условий решения задачи управления судном посредством целенаправленного перемещения координатной системы XoOYo, с учетом соблюдения требований безопасности выполнения маневра, является использование прогностических модулей для бортового компьютера на базе ММС, адекватно описывающей его динамику при любом заданном состоянии загрузки судна и разнообразном сочетании внешних факторов.

Предлагаемый способ управления движущимся судном иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1, 2, 3, 4 изображены возможные варианты отклонения судна от оси OYо, на фиг. 5 - управление судном предлагаемым способом.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в приведении судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории при периодическом изменении заданного положения с использованием ММС для прогнозирования возможности выполнения заданного маневра с учетом динамических свойств судна, влияния внешних факторов на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

Для достижения указанного технического результата в способе управления движущимся судном, когда в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая - к корме судна (точка А на фиг. 1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OYo.

Координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (dxoF) и точки A (dxoA) от оси OYo и продольные отклонения точки F (dyoF) и точки A (dyoA) от оси ОХо. Знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы XoOYo, в котором находятся точки F и А.

Возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону (1).

Сигнал σy считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна от оси OYo. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна пересекает ось OYo под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (dxoF) и точки A (dxoA), причем dxoF больше 0, dxoA меньше 0 (фиг. 1) и dxoF меньше 0, dxoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению dxoF и dxoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OYo; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению dxoF, dxoA и к совпадению ДП судна и оси OYo.

На фиг. 3, 4 ДП судна не пересекает линию OYo, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σy и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α1 и α21 больше α2, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы (фиг. 3, 4); α1 и α2 будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны (фиг. 1, 2). Соотношение значений коэффициентов α1 и α2 может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления ДП судна от линии OYo будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:

,

где l - расстояние между точками F и А.

Возникающие продольные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

,

где β1, β2 - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OXo. Сигнал σх считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом. При этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условия

.

Формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (ϕот, λот) и заданных (ϕоз, λоз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы XoOYoo):

,

где ϕот, λот - текущие значения широты и долготы точки О соответственно; ϕоз, λоз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно; χ1, χ2 - коэффициенты усиления.

Формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OYo относительно направления на N с учетом значений текущего ΨT и заданного Ψз угла поворота:

,

где γ - коэффициент усиления.

При этом значения заданных координат (ϕоз, λоз) начала координатной системы XoOYo определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например при выполнении швартовной операции.

Значение заданного направления оси OYo определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна. В частности, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования.

Таким образом, меняют положение и ориентацию координатной системы XoOYo на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного вышеизвестного, наиболее близкого к нему, является:

- для обеспечения вывода управляемого судна в заданное положение, когда ДП судна совпадает с положительным направлением оси OYo, а условная точка судна G совпадает с положением точки О на поверхности Земли, с использованием бортового компьютера на базе ММС с учетом установленной заданным положением системой координат XoOYo заданного места судна на поверхности Земли, прогнозируют возможность выполнения заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции;

- дополнительно, по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат XoOYo положение на поверхности Земли, принимают решение о выполнении заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

Если по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат XoOYo положение на поверхности Земли окажется, что прогнозируемый маневр с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, не выполним, возможны два варианта принятия решения о дальнейшем управлении движением судна:

1-й вариант - маневр не выполняется;

2-й вариант - заданное положение координатной системы XoOYo меняют до тех пор, пока планируемый маневр окажется выполнимым по результатам прогнозирования возможности его выполнения с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

Предлагаемый способ управления движущимся судном для приведения судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории при периодическом изменении заданного положения с использованием ММС для прогнозирования возможности выполнения заданного маневра с учетом динамических свойств судна, влияния внешних факторов на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции осуществляется следующим образом:

в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая - к корме судна (точка А на фиг.1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OYo.

Координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (dxoF) и точки A (dxoA) от оси OYo и продольные отклонения точки F (dyoF) и точки A (dyoA) от оси OXo. Знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы XoOYo, в котором находятся точки F и А.

Возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

,

где α1, α2 - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OYo.

Сигнал σy считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от оси OYo. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна 1 пересекает ось OYo 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (dxoF) и точки А (dxoA), причем dxoF больше 0, dxoA меньше 0 (фиг. 1) и dxoF меньше 0, dxoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению dxoF и dxoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OYo; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению dxoF, dxoA и к совпадению ДП судна и оси OYo.

На фиг. 3, 4 ДП судна не пересекает линию OYo, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σy и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α1 и α21 больше α2, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы (фиг. 3, 4); α1 и α2 будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны (фиг. 1, 2). Соотношение значений коэффициентов α1 и α2 может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления ДП судна от линии OYo будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:

,

где l - расстояние между точками F и А.

Возникающие продольные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

,

где β1, β2 - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OXo. Сигнал σx считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом. При этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условия

.

Формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (ϕот, λот) и заданных (ϕоз, λоз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы XoOYoo):

,

где ϕот, λот - текущие значения широты и долготы точки О соответственно; ϕоз, λоз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно; χ1, χ2 - коэффициенты усиления.

Формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OYo относительно направления на N с учетом значений текущего Ψт и заданного Ψз угла поворота:

,

где γ - коэффициент усиления.

При этом значения заданных координат (ϕоз, λоз) начала координатной системы XoOYo определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например при выполнении швартовной операции.

Значение заданного направления оси OYo определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна. В частности, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования.

Таким образом, меняют положение и ориентацию координатной системы XoOYo на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции.

С использованием бортового компьютера на базе ММС с учетом установленной заданным положением системы координат XoOYo заданного места судна на поверхности Земли, прогнозируют возможность выполнения заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

По результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат XoOYo положение на поверхности Земли, принимают решение о выполнении заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

Если по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат XoOYo положение на поверхности Земли окажется, что прогнозируемый маневр с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, не выполним, возможны два варианта принятия решения о дальнейшем управлении движением судна:

1-й вариант - маневр не выполняется;

2-й вариант - заданное положение координатной системы XoOYo меняется до тех пор, пока планируемый маневр окажется выполнимым по результатам прогнозирования возможности его выполнения с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - обеспечение приведения судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории при периодическом изменении заданного положения с использованием математической модели судна (ММС) для прогнозирования возможности выполнения заданного маневра с учетом динамических свойств судна, влияния внешних факторов на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

Похожие патенты RU2615848C1

название год авторы номер документа
Способ управления движущимся судном 2015
  • Юдин Юрий Иванович
  • Власов Александр Валентинович
  • Кайченов Александр Вячеславович
  • Висков Андрей Юрьевич
RU2615849C1
Способ управления движением буксирной системы 2015
  • Юдин Юрий Иванович
  • Власов Александр Валентинович
  • Кайченов Александр Вячеславович
  • Висков Андрей Юрьевич
RU2615846C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМСЯ СУДНОМ 2014
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
  • Петров Сергей Олегович
  • Холичев Сергей Николаевич
  • Агарков Сергей Анатольевич
RU2553610C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕЙ ДВИЖЕНИЯ СУДНА 2012
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
RU2501064C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА 2010
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
RU2442718C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СУДНА 2012
  • Юдин Юрий Иванович
RU2493048C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМСЯ СУДНОМ 2012
  • Юдин Юрий Иванович
RU2509030C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПРОВОДКИ СУДОВ 2005
  • Чернявец Антон Владимирович
  • Лобойко Борис Иванович
  • Добротворский Александр Николаевич
  • Бродский Павел Григорьевич
  • Яценко Сергей Владимирович
  • Чернявец Владимир Васильевич
  • Алексеев Сергей Петрович
RU2277495C1
Способ управления координированной групповой деятельностью буксиров-автоматов 2023
  • Гайдук Евгений Леонидович
  • Груверман Александр Давидович
  • Васильев Алексей Анатольевич
  • Казунин Дмитрий Владимирович
RU2823051C1
ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВОЙ КОМПЛЕКС СУДНА 1996
  • Немзер А.И.
  • Кильдеев Р.И.
  • Федин А.М.
RU2111893C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 615 848 C1

Реферат патента 2017 года Способ управления движущимся судном

Изобретение относится к способу управления движущимся судном. Для управления движущимся судном определяют непрерывно координаты двух максимально удаленных друг от друга точек в пределах контура судна, одна из которых расположена к носу судна, а другая - к его корме, определяют поперечные и продольные отклонения от заданной оси, вырабатывают сигналы управления по определенному закону для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса, меняют положение и ориентацию выбранной координатной системы с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции, прогнозируют возможность выполнения маневра на базе математической модели судна с учетом его динамических свойств, влияния внешних факторов, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса, требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, принимают решение о дальнейшем управлении движении судна или прекращении маневра. Обеспечивается безопасность и энергетическая эффективность выполнения ключевой судовой операции. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 615 848 C1

Способ управления движущимся судном, характеризующийся тем, что в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна точка F, а другая к корме судна точка А относительно плоскости мидель-шпангоута, расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС), чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OYо; координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки, значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (dxoF) и точки A (dxoA) от оси OYo и продольные отклонения точки F (dyoF) и точки A (dyoA) от оси ОХo, знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы XoOYo, в котором находятся точки F и А;

возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

σy1×dxoF2dxoA,

где α1, α2 - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OYo; сигнал σy считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки;

знак σy и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α1 и α21 больше α2, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы; α1 и α2 будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, соотношение значений коэффициентов α1 и α2 может быть выбрано из различных соображений: если отклонение направления ДП судна от линии OYo будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:

где - расстояние между точками F и А;

возникающие продольные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:

σx1×dyoF2dyoA,

где β1, β2 - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси ОХo, сигнал σx считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом, при этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условия

формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (ϕот, λот) и заданных (ϕоз, λоз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы XoOYoo):

σo1×(ϕозот)+χ2×(λозот),

где ϕот, λот - текущие значения широты и долготы точки О соответственно;

ϕоз, λоз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно;

χ1, χ2 - коэффициенты усиления,

формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OYo относительно направления на N с учетом значений текущего Ψт и заданного Ψз угла поворота:

σΨ=γ×(Ψзт),

где γ - коэффициент усиления,

при этом значения заданных координат (ϕоз, λоз) начала координатной системы XоOYо определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например, при выполнении швартовной операции;

значение заданного направления оси OYо определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования;

таким образом меняют положение и ориентацию координатной системы XoOYо на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции,

отличающийся тем, что с использованием бортового компьютера на базе математической модели судна с учетом установленной заданным положением системы координат XoOYо заданного места судна на поверхности Земли прогнозируют возможность выполнения заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции,

по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат XoOYо положение на поверхности Земли принимают решение о выполнении заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции;

если по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат XоOYо положение на поверхности Земли окажется, что прогнозируемый маневр с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции не выполним, возможны два варианта принятия решения о дальнейшем управлении движением судна:

1-й вариант - маневр не выполняется;

2-й вариант - заданное положение координатной системы XоOYо меняют до тех пор, пока планируемый маневр окажется выполнимым по результатам прогнозирования возможности его выполнения с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2615848C1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМСЯ СУДНОМ 2014
  • Юдин Юрий Иванович
  • Пашенцев Сергей Владимирович
  • Петров Сергей Олегович
  • Холичев Сергей Николаевич
  • Агарков Сергей Анатольевич
RU2553610C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КУРСОМ СУДНА И СИСТЕМА АВТОРУЛЕВОГО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА 2004
  • Глушков Сергей Витальевич
  • Артемьев Андрей Владимирович
  • Перечесов Владимир Сергеевич
RU2282884C2
Устройство для определения положения судна 1987
  • Горюнов Игорь Викторович
  • Белов Сергей Валентинович
  • Тер-Захарьянц Андрей Адольфович
  • Шатохина Ольга Семеновна
SU1532432A1
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ 2004
  • Веревкин Валерий Иванович
  • Зельцер Самоил Рафаилович
  • Галицкая Любовь Владимировна
  • Лизогуб Петр Петрович
RU2277259C1

RU 2 615 848 C1

Авторы

Юдин Юрий Иванович

Власов Александр Валентинович

Кайченов Александр Вячеславович

Висков Андрей Юрьевич

Даты

2017-04-11Публикация

2015-11-06Подача