ОПЫТОВЫЙ МОРСКОЙ МОДУЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2021 года по МПК B63B79/00 

Изобретение относится к техническим средствам дистанционного и автономного управления судами, а также к решениям по мониторингу показателей или эксплуатационных параметров судов во время работы, в частности для контролирования работы судов, например для мониторинга их скорости, курса с использованием моделей или симуляции, например статистических или стохастических моделей, и может быть использовано при проведении опытов по внедрению технологий безэкипажного судоходства.

В области судовождения исследование проблем идентификации и управления судами сопряжено с обширным объемом данных, получаемых в результате комплекса маневров таких, например, как «зигзаг», «спираль» и т.д., который, зачастую, оказывается недоступен для исследователя ввиду дороговизны эксплуатации судна и неготовности судовладельца или фрахтователя предоставлять судно для научных исследований. Такие исследования целесообразно проводить на малогабаритных дистанционно управляемых морских подвижных объектах. Отсюда возникает необходимость создания малогабаритных судов-тренажеров с соблюдением масштабных коэффициентов производственного судна и его основных динамических и кинематических параметров для дальнейших исследований алгоритмов идентификации и управления, с береговым обеспечением дистанционного управления.

Известна по патенту РФ №153610 на полезную модель «Исследовательская модель судна», МПК В63В 9/02, G01M 10/00, опубл. 27.07.2015. Исследовательская модель предназначена для исследования параметров и характеристик судов. Техническим результатом этого решения является исключение трудно учитываемого влияния эластичной обшивки, изолирующей подвижные части модели от воды, на точность измерений параметров модели при исследованиях и тем самым повышается точность измерений. Технический результат достигается тем, что в разработанном решении используются отдельные плавучие отсеки, соединенные между собой упругими элементами. Данная модель решает частную задачу - исключение трудно учитываемого влияния эластичной обшивки.

Известно по патенту РФ на полезную модель №153109, МПК В63В 38/00, опубл. 10.07.2015, «Научно-исследовательское судно с бортовым центром управления научными исследованиями». Это судно включает бортовой и береговой центры управления и является, по сути, комплексом, обеспечивающим автоматизированный сбор, обработку и отображения научной информации, информацией между судами, береговыми научными институтами, центрами мониторинга и ситуационным центром, однако, не предназначено для решения задачи заявляемой полезной модели.

Известен по патенту РФ на полезную модель №188836 «Безэкипажный управляемый катер», МПК B63G 7/00, В63В 21/24, опубл. 24.04.2019. Это решение относится к области судостроения, а именно, к беспилотным плавсредствам, предназначенным преимущественно для выполнения поисковых и исследовательских задач. Технический результат от использования данной полезной модели заключается в возможности экстренной постановки судна на якорь при отключении электропитания. Безэкипажный управляемый катер выполнен в виде корпуса с дизель-электрическим комплексом, системой дистанционного управления, наблюдения, сбора и хранения информации. Данная модель решает частную задачу - экстренная постановка судна на якорь при отключении электропитания.

Известна по патенту РФ на полезную модель №172135, МПК G09B 9/06, опубл. 29.06.2017 «Система имитационного моделирования управления поисково-спасательными операциями с использованием морских роботизированных технологических комплексов». Полезная модель относится к информационным системам моделирования и может быть использована для исследования управления поисково-спасательными операциями с использованием морских роботизированных технологических комплексов.

Известна по патенту РФ на полезную модель №181258, МПК G06F 15/18, опубл. 06.07.2018 «Экспертная система поддержки принятия решений по управлению морским роботизированным технологическим комплексом». Эта система может быть использована для принятия решений по управлению морским роботизированным технологическим комплексом. Устройство включает подсистемы управления, обмена с источниками данных, обработки и анализа, отображения информации, банк данных, подсистему обмена данными. Эта система, как и предыдущая, позволяют решать многие задачи, в том числе и по преодолению нештатных ситуаций, однако не предназначены для обеспечения автоматической проводки надводных объектов.

Известен по патенту РФ на полезную модель №108667, МПК G06F 17/00, опубл. 20.09.2011 «Аппаратно-программный комплекс для обеспечения выдачи рекомендаций судоводителям и операторам систем управления движением судов для минимизации ущерба при неизбежности столкновения объектов морской деятельности». Этот комплекс включает соединенные средствами связи устройство ввода-вывода, устройство хранения данных, устройство обработки данных и устройство визуализации.

Отличается тем, что устройство обработки данных содержит соединенные средствами связи устройство синтеза виртуального состояния объекта морской деятельности и устройство выбора оптимального варианта решения. Комплекс прогнозирует возможность столкновения судов, но не предназначен для точной проводки судна.

Известна по патенту РФ на изобретение №2741669, МПК В63Н 25/04, опубл. 28.01.2021.

«Система координированного управления движением судна в режимах автоматического и дистанционного управления». Система координированного управления движением судна в режимах автоматического и дистанционного управления содержит блок адаптации управления и стабилизации на малых ходах, блок управления и стабилизации на малых ходах, блок адаптации управления и стабилизации на скорости хода более четырех узлов, блок управления и стабилизации на скорости хода более четырех узлов, блок обработки навигационной информации, блок моделирования движения судна на малых ходах, блок моделирования движения судна на скорости хода более четырех узлов, блок контроля и управления, блок измерителей параметров движения, блок объектов управления, автономную навигационную систему, обзорно-поисковую систему и береговой пост, соединенные определенным образом. Обеспечивается расширение функциональных возможностей координированного управления движением судна во всем диапазоне его скоростей. Система сложна для проведения опытов по управлению судном.

В качестве прототипа принят патент РФ на полезную модель №198953, МПК В63В 39/00, опубл. 04.08.2020 «Устройство определения параметров движения судна». Данная полезная модель относится к судостроению, а именно, к экспериментальным средствам определения параметров движения судов в различных метеорологических условиях, и может быть использована при маневренных и ходовых испытаниях надводных судов, в том числе, безэкипажных и автономных. Предлагаемая полезная модель решает проблему повышения точности определения параметров движения судна при проведении ходовых и маневренных испытаний путем учета и регистрации влияния метеорологических факторов. Устройство содержит антенный модуль, соединенный с мультиантенной приемной аппаратурой спутниковых навигационных систем, инерциальный измерительный модуль, первый вход которого соединен с выходом мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем, второй вход - с выходом управляющего компьютера, а выход - с регистрирующей аппаратурой. Дополнительно в состав устройства включена метеостанция, соединенная с третьим входом инерциального измерительного модуля. Эта полезная модель решает задачу определения параметров движения судна в различных метеорологических условиях. Недостаток этого устройства обусловлен сложной конструкцией.

Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление исследования проблем идентификации и управления судами с береговым обеспечением дистанционного управления.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается опытовый морской модульный комплекс, включающий надводный подвижный модуль и береговой модуль, в котором подвижный модуль выполнен в виде малогабаритного опытового судна, с размещенными на борту двигателем, батарей для двигателя и электронного оборудования, сервопривод пера руля, системой сбора кинематической и навигационной информации по судну и устройством связи, а береговой модуль содержит систему индикации и дистанционного управления на базе компьютера, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что система индикации и дистанционного управления, содержащаяся в составе берегового модуля, включает блоки сбора, хранения, фильтрации и анализа данных, береговое устройство связи, графический интерфейс, блок построения и идентификации математической модели движения судна, блок задания траектории движения и блок ручного управления с программным обеспечением, разработанным на платформе MATLAB, блок фильтрации данных, блок корректуры компаса и GPS, при этом, в состав системы индикации и дистанционного управления входит авторулевой и формирование управляющих воздействий авторулевым производится на береговом модуле, а размещенная на борту малогабаритного опытового судна система сбора кинематической и навигационной информации содержит микроконтроллер Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), морское устройство связи, комплекс датчиков: гироскопический датчик и акселерометр, датчик магнитного поля Земли, датчик GPS, датчик оборотов вала движителя, при этом надводный подвижный модуль и береговой модуль взаимодействуют посредством соответствующих устройств связи, а устройства связи берегового и подвижного модулей выполнены с возможностью использования частот Wi-Fi для обмена данными по протоколу TCP-IP. Кроме того, опытовый морской модульный комплекс ОТЛИЧАЕТСЯ тем, что управление программными платформами, расположенными на надводном подвижном и береговом модулях, осуществляется путем Программного комплекса «Интерфейс индикации и управления морским автономным подвижным объектом с одним или двумя движительно-рулевыми комплексами», зарегистрированного в ФИПСе, №2021612609 RU от 19.02.2021 г. Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» (RU), авторы Бурылин Я.В., Кондратьев А.И., Попов А.Н. Опытовый морской модульный комплекс ОТЛИЧАЕТСЯ тем, что малогабаритное опытовое судно имеет длину 1,2 м, ширину 0,2 м, высоту борта 0,1 м, осадку 0,04 м.

Технический результат заключается в том, что расположенный на береговом модуле авторулевой вырабатывает управляющие воздействия на средства управления малогабаритного опытового судна на основании данных, обработанных с использованием компьютера высокой, по сравнению с микроконтроллером, установленном на борту судна, мощности, что обеспечивает точность, надежность и быстроту автоматического управления судном по траектории.

Технический результат достигается использованием совокупности как ограничительных, так и отличительных признаков предложенного комплекса, архитектуры построения протоколов интерфейса и алгоритмов действия комплекса.

Протокол построен так, что производится передача кинематических и навигационных данных по судну на береговой модуль, управляющие сигналы с берегового на подвижный. Интерфейс содержит алгоритм фильтрации кинематических данных и ПИД - регулятор, вырабатывающий управляющие воздействия на судно.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Конструктивное решение опытового комплекса в виде надводного и берегового модулей расширяет его функциональные и исследовательские возможности.

Создание малогабаритного опытового судна с интерфейсом позволяет собирать, обрабатывать, анализировать кинематическую и навигационную информацию по судну и использовать полученные данные для автоматического управления судном по траектории и ручного управления судном, строить математические модели движения судна.

Размещение авторулевого в составе системы индикации и дистанционного управления на береговом модуле обеспечивает формирование управляющих воздействий на средства управления малогабаритного опытового судна на основании данных, обработанных с использованием компьютера высокой, по сравнению с микроконтроллером, установленном на борту судна, мощности, что обеспечивает точность, надежность и быстроту автоматического управления судном по траектории.

Система сбора кинематической и навигационной информации, содержащая микроконтроллер Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), обеспечивает работу датчиков: GPS, гироакселерометра, магнитного поля Земли, частоты вращения вала двигателя; одного или двух двигателей, одного или двух сервоприводов баллера руля, модуля Wi-Fi.

Использование блока Wi-Fi дает возможность использовать разнообразные мобильные устройства без дополнительных затрат на комплектацию берегового модуля устройствами связи; позволяет использовать защищенный протокол передачи данных.

Опытовый морской модульный комплекс позволяет:

- отрабатывать принципы построения математических моделей судна на основе движения реального морского подвижного объекта, не задействуя при этом грузовые или пассажирские суда существенно сокращая стоимость научных исследований;

- производить подготовку дистанционных операторов судна для целей е-навигации;

- производить синтез, отладку и тестирование автоматических систем управления морскими судами;

- сократить расходы на микроконтроллер подвижного блока за счет того, что обработка информации и работа авторулевого производится мощностями берегового модуля, благодаря чему точность, скорость и надежность вычислений управляющих воздействий возрастает;

- подключение посредством протоколов TCP-IP является защищенным и может давать гарантию предотвращения перехвата или помех управления от посторонних радиосигналов.

Выполнение малогабаритного опытового судна с длиной 1,2 м, шириной 0,2 м, высотой борта 0,1 м и осадкой 0,04 м обеспечивает максимальное достижение технического результата.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:

Фиг. 1 - Состав ОММК.

Фиг. 2 - Маневр удержания судна на траектории.

Фиг. 3 - Первая страница интерфейса.

Фиг. 4 - Вторая страница интерфейса.

Фиг. 5 - Третья страница интерфейса.

Предложенный опытовый морской модульный комплекс (ОММК) построен следующим образом.

Принципиальная схема построения малогабаритного опытового судна представлена на фиг. 1.

Береговой модуль содержит блок сбора и хранения данных 1, устройство связи 2 Wi-Fi, компьютер с установленным интерфейсом индикации 3 и управления подвижным модулем, блок идентификации математической модели движения судна 4, блоки задания и ввода траектории движения судна 5 и органов ручного управления движением судна 6, блок фильтрации кинематических данных по судну 7, блок ввода корректуры в показания магнитного компаса и GPS 8 графических и цифровых табло, авторулевой 9.

Надводный модуль включает малогабаритное опытовое судно, на борту которого размещены микроконтроллер 10 Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), устройство связи 11, комплекс датчиков: гироскопический датчик с акселерометром 12, датчик магнитного поля Земли 13, датчик GPS 14, датчик оборотов вала движителя 15. На борту судна размещены двигатель 16, батареи 17 для двигателя и электронного оборудования, сервопривод пера руля 18.

Предложенный ОММК работает следующим образом.

После подачи питания на системы 10-18 подвижного модуля начинается опрос датчиков и сбор кинематической информации по судну, навигационная информация, предоставляемая датчиком GPS 14, становится доступна через несколько минут, после определения места судна. Устройство связи 11 подвижного модуля создает точку доступа Wi-Fi с функциями сервера защищенного подключения с логином и паролем для входа.

После подключения берегового модуля через интерфейс оператора посредством протоколов TCP-IP к серверу в качестве клиента начинается обмен данными между береговым и подвижным модулями. На графических и цифровых табло интерфейса 3 берегового модуля отображаются преобразованные полученные с подвижного модуля доступные кинематические и навигационные параметры по судну, активируется панель ручного управления судном 26, 27.

Оператор может совершить циркуляцию в ручном режиме для построения девиационной картины на табло 38 и на ее основании скорректировать погрешность от влияния магнитного склонения на датчик магнитного поля Земли используя поле ввода 37. Оператор может включить тумблером 22 сбор всей доступной информации для ее дальнейшего анализа, в том числе построения математических моделей движения судна. Оператор может синхронизировать данные гироскопического датчика 12 с магнитным 13 или GPS 14 для получения гирокомпасного курса из угла рысканья судна.

После задания траектории автоматического движения через поле 29 и переключения тумблера 21 автопилота в автоматический режим проводки судна авторулевой 9 начинает вырабатывать управляющие воздействия на судно в виде угла перекладки пера руля и частоты вращения вала винта в зависимости от кинематических и навигационных данных по судну, а именно его продольной и угловой скоростей, курса, положения относительно заданной траектории движения и заданных коэффициентов ПИД-регулятора. Данные по управляющим воздействиям передаются на подвижный модуль и преобразуются контроллером в электрические сигналы на сервопривод 18 пера руля и электродвигатель 16, соединенный валом с винтом.

Судно начинает маневрировать согласно заданной траектории. Оператор видит на табло 28 как движется судно относительно заданной траектории, видит характер автоматического управления и может настраивать регулятор посредством ввода коэффициентов в режиме реального времени через поле 39. Выйдя на заданное расстояние до конечной точки траектории судно останавливается, ожидая дальнейших действий оператора.

На фиг. 2 показана автоматическая проводка судна под управлением авторулевого 6 по заданной траектории от точки 1 до точки 2. Как видно из фиг. 2, предложенный регулятор успешно справился с заданной траекторией, несмотря на существенные (до 108 градусов) углы поворота. Наблюдаются незначительные несистематические перерегулирования и запаздывание маневра, что свидетельствует о локальных возмущениях водной среды в точках поворота, которые не учитываются регулятором. Есть необходимость в дальнейших экспериментах для настройки коэффициентов регулятора, адаптации фильтрации скользящим средним в зависимости от характера движения, оснащения судна подруливающим устройством для динамического удержания позиции при достижении конечной или промежуточной точки траектории, уточнения математической модели движения судна.

На фиг. 3-5 представлено графическое отображение предлагаемого интерфейса, способного запускаться автономно от среды MATLAB в операционной системе Windows. На фигурах произведена сквозная нумерация выносками ключевых панелей управления и индикации, описание каждой из которых представлено ниже.

Панель закладок интерфейса 19 содержит три закладки: «Conning», «Plots», «Advanced». В закладке «Conning» находятся органы управления и индикации движением судна. В закладке «Plots» находится поле отображения графиков изменения всех доступных для измерения кинематических параметров судна. В закладке «Advanced» находятся органы управления расширенными настройками интерфейса и авторулевого.

Тумблер 20 активации подключения платформы, на которой установлен интерфейс к судну через протокол TCP-IP. При успешном подключении индикатор меняет цвет на зеленый.

Тумблер 21 переключения режимов управления с ручного на автоматическое и обратно. При включенном режиме «Autopilot» индикатор меняет цвет на зеленый.

Тумблер 22 включения и отключения записи всех доступных для измерения данных по судну, интерфейсу и авторулевому. При включенном режиме «Data Rec» индикатор меняет цвет на зеленый.

Тумблер 23 включающий и отключающий синхронное управление движительнорулевыми комплексами (ДРК) судна, при наличии более одного такого комплекса. При включенном режиме «Conn Sync» индикатор меняет цвет на зеленый.

Панель 24 индикации основных кинематических параметров судна:

- RPM-P - количество оборотов в минуту левого или единственного вала двигателя;

RPM-S - количество оборотов в минуту правого вала двигателя;

- RUDD_P - положение левого или единственного пера руля в градусах;

- RUDD_S - положение правого пера руля в градусах;

- ROT - угловая скорость судна в градусах в минуту;

- МС - значение магнитного курса в градусах;

- SOG - значение скорости относительно грунта в м/с;

- COG - значение истинного курса в градусах;

- GYRO - значение гирокомпасного курса в градусах.

Графическое поле 28 отображения вектора скорости судна, заданной и исполняемой траекторий движения судна. Выпадающий список для значений «Duration» позволяет менять количество отображаемых точек исполняемой траектории в зависимости от времени. Может принимать значения: 10, 50, 100 секунд. Выпадающий список для значений «Vector Length» позволяет менять длину отображаемого вектора судна в зависимости от времени. Может принимать значения, соответствующие расстоянию, которое пройдет судно за: 6, 12, 30, 60 секунд.

Панель 26 ручного управления левым или единственным ДРК судна. Включает поворотный регулятор «knob» с диапазоном хода от -35 до 35 градусов для управления положением пера руля. Поворотный тумблер «discrete knob)) со значениями: FAS, HAS, SAS, STOP, SAH, HAH, FAH, соответствующих режимам работы двигателя судна соответственно: полный задний ход, средний задний ход, малый задний ход, стоп, полный передний ход, средний передний ход, малый передний ход. В случае несоответствия задаваемого значения положения пера руля отрабатываемому на судне -индикатор меняет цвет с зеленого на красный. В случае автоматического управления поворотный регулятор переходит в режим индикации и показывает значение отрабатываемого на судне значения пера руля. В случае несовпадения заданного авторулевым программного значения положения пера руля («Pr. Rudder)), 25), цвет индикатора меняется на красный.

Панель 27 ручного управления правым движительно-рулевым комплексом (ДРК) судна. Устроено аналогично панели 26, за исключением наличия флажка, установка которого активирует панель и означает наличие у судна двух ДРК.

Панель 28 индикации основных параметров автоматического управления судном:

- Dist to NW - дистанция до следующей путевой точки траектории в метрах;

- Crs to NW - курс на следующую путевую точку траектории в градусах;

- Next COG - курс на следующем плече траектории в градусах;

- Next WP - номер следующей путевой точки;

- ХТЕ - отклонение положения судна от текущего плеча траектории в метрах;

- DTG - дистанция по заданной траектории от положения судна до последней точки заданной траектории в метрах;

- Pr. Rudder - программное значение положения пера руля судна, выработанное авторулевым.

- Кнопка «SKIP WP» позволяет в ручном режиме переключить следующую путевую точку на одну вперед.

Панель 29 загрузки и ввода координат заданной траектории движения судна. Выпадающий список позволяет выбрать одну из предустановленных траекторий или выбрать пункт «Custom», который активирует соответствующее поле для ввода координат с клавиатуры.

Панель 30 отображения системной информации:

- «Buffer Overflow: Flush» - очистка буфера стэка вследствие переполнения;

- «REOPEN TCPIP: Server TimeOut» - переоткрытие соединения вследствие отсутствия ответа от сервера;

- «REOPEN TCPIP: Closed by Server» - переоткрытие соединения сервером;

- «SELECT TRACK» - ошибка возникает при включении авторулевого без выбранной траектории движения;

- «INPUT TPACK» - ошибка возникает при включении авторулевого без заданной вручную траектории движения при выбранном пункте «Custom» в выпадающем списке загружаемых траекторий.

Панель 31 выбора посредством установки соответствующих флажков кинематических параметров судна, отображаемых на поле 32 графического отображения. Значениям каждого параметра можно присвоить индивидуальный масштаб отображения. В дополнение к 14 и 28 панель содержит следующие параметры:

- Roll - значения угла крена в градусах;

- Pitch - значения угла дифферента в градусах;

- Yaw - значения угла рысканья в градусах.

Графическое поле 32 отображения кинематических и навигационных параметров судна, выбранных в 31 в заданном масштабе во времени. Выпадающий список «Duration» позволяет задать промежуток времени, данные за который будут отображены в поле. Может принимать следующие значения: 10, 50, 100, 500, 1000 секунд.

Панель 33 индикации данных, получаемых с приемопередатчика GPS и его состояния. В дополнение к 14 отображаются следующие данные:

- HDOP - Horizontal Dilution of Precision, снижение точности получаемых координат местоположения судна в горизонтальной плоскости. В зависимости от значения индикатор «Signal Quality» меняет свой цвет на красный, желтый, синий, что соответствует неудовлетворительному качеству точности, удовлетворительному и отличному;

- Sat. Num - количество спутников на основании данных с которых производится расчет координат местоположения;

- LAT - принимаемая широта судна в градусах и градусах - минутах - секундах;

- LON - принимаемая долгота судна в градусах и градусах - минутах - секундах;

Панель 34 ввода корректуры в получаемые данные координат местоположения судна в градусах.

Панель 35 индикации данных получаемых с модуля, содержащего гироскопический, инерционный датчики и датчик магнитного поля Земли. В дополнение к 14 и 31 отображаются данные:

- ах, ay, az - продольные ускорения по соответствующим осям. При этом ось «х» сонаправлена с продольной осью судна от кормы в бак, ось «у» направлена влево от диаметральной плоскости судна ось «z» направлена вверх;

- magX, magY, magZ - составляющие магнитного поля Земли по соответствующим осям. Оси направлены как в 36;

- quatR, quatI, quatJ, quatK - составляющие кватерниона, описывающего ориентацию судна в пространстве.

Панель 36 инициализирующей синхронизации значения угла рысканья судна со значениями магнитного либо истинного (получаемого с GPS) курсов судна для получения гирокомпасного курса.

Панель 37 ввода корректуры в значения горизонтальных составляющих магнитного поля Земли для компенсации локального магнитного склонения, в миллитесла.

Графическое поле 38 отображения девиационной картины датчика магнитного поля Земли в миллитесла. Предназначено для определения и устранения влияния магнитного склонения.

Панель 39 ввода параметров составляющей авторулевого по курсу:

- P, I, D - коэффициенты пропорционального, интегрального и дифференциального членов соответственно;

- Fd - параметр фильтра скользящего среднего.

Панель 40 ввода параметров составляющей авторулевого по траектории: аналогично 39.

Панель 41 вода параметров судна и модуля связи:

- Turn Radius - радиус установившейся циркуляции судна;

- Tr end Dist - дистанция до финальной точки траектории на которой нужно останавливать двигатель судна при автоматическом управлении;

- Buffer size - размер буфера связи в байтах;

- Time Out - время отсутствия ответа от сервера после которого происходит переоткрытие соединения;

- Send Rate - частота отправки данных на судно в секунду.

Панель 42 индикации данных связи:

- Bytes available - Количество принятых данных в буфере в байтах;

- LengthRX - длина принятой строки данных в количестве символов;

- ТХ - строка передаваемых на судно данных;

- Clock - продолжительность бесперебойного соединения в минутах - секундах;

- Time Out - время отсутствия ответа от сервера в секундах;

- String RX - принимаемая с судна строка данных,

и формирование управляющих воздействий авторулевым производится на береговом модуле, а устройства связи берегового и подвижного модулей используют частоты Wi-Fi для обмена данными по протоколу TCP-IP.

ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ОММК

В схему ОММК входят следующие основные технические элементы:

- Микроконтроллер Arduino ATmega 2560 предназначен для управления работой датчиков и модуля связи, сбора данных от датчиков, обработки данных от датчиков и передачи их на модуль связи, приема данных по управляющим воздействиям через модуль связи, передачи данных по управляющим воздействиям на реле управления электромотором;

- Приемопередатчик на частотах Wi-Fi ESP8266 предназначен для дистанционного обмена данными между оператором и судном и работает в режиме сервера сети, в свою очередь модуль оператора судна работает в качестве клиента. Обеспечивает доступ клиентов посредством аутентификации в сети;

- Motor Shield L298P предназначен для управления моторами главного движителя и сервоприводами пера руля судна. Предохраняет электронику микропроцессора от протекания больших токов по его узлам питания. Способен управлять одновременно четырьмя электромоторами и двумя сервоприводами, что дает возможность при помощи одного устройства создать судно в двумя движительно рулевыми комплексами и двумя подруливающими устройствами;

- Электромотор JGA25-370 с редуктором на 1000 оборотов в минуту, предназначен для подачи крутящего момента на вал винта судна. При диаметре четырех лопастного винта в 4.5 сантиметра позволяет развить судну скорость в 1 м/с;

- Сервопривод MG996R предназначен для подачи крутящего момента на баллер пера руля и обеспечивает ход пера руля до 35 градусов на каждый борт судна;

- Батареи литий-полимерного типа для обеспечения электропитания системы. Батарея 7,4 В предназначена для питания микроконтроллера, датчиков и сервопривода руля, батарея на 11,1 В предназначена для питания электромотора посредством Motor Shield. Судно дополнительно обеспечено устройством измерения остаточного заряда батарей;

- Датчик оборотов вала винта RPM meter F249 предназначен для измерения количества оборотов вала винта в минуту;

- Гироскопический, инерционный, магнитный датчик BNO080, предназначен для измерения продольных и угловых ускорений по трем координатным осям и составляющих магнитного поля Земли по координатным осям, вырабатывает значения угловых скоростей судна по осям координат, значения вещественных коэффициентов кватерниона ориентации судна;

- Датчик GPS GY-NE06MV2, предназначен для приема текущих географических координат местоположения судна, показателя HDOP, количества видимых навигационных спутников, курса и скорости судна относительно грунта.

Технические характеристики компонентов подвижного модуля приведены в таблице:

Изобретение относится к автоматическим средствам управления судами, а также к решениям по мониторингу показателей или эксплуатационных параметров судов во время работы, в частности для контролирования работы судов, например для мониторинга их скорости, курса с использованием моделей или симуляции, например статистических или стохастических моделей, и может быть использовано при проведении опытов по внедрению технологий безэкипажного (автономного) судоходства, в том числе в реальной обстановке. Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление исследования проблем идентификации и управления судами с береговым обеспечением дистанционного управления. Расположенный на береговом модуле авторулевой вырабатывает управляющие воздействия на средства управления малогабаритного опытового судна на основании данных, обработанных с использованием компьютера высокой, по сравнению с микроконтроллером, установленным на борту судна, производительности, что обеспечивает точность, надежность и быстроту автоматического управления судном по траектории. Размещение авторулевого в составе берегового модуля обеспечивает более быстрое формирование более точных управляющих воздействий на средства управления малогабаритного опытового судна. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Опытовый морской модульный комплекс, включающий надводный подвижный модуль и береговой модуль, в котором подвижный модуль выполнен в виде малогабаритного опытового судна, с размещенными на борту двигателем, батареями для двигателя и электронного оборудования, сервоприводом пера руля, системой сбора кинематической и навигационной информации по судну и устройством связи, а береговой модуль содержит систему индикации и дистанционного управления на базе компьютера, отличающийся тем, что система индикации и дистанционного управления, содержащаяся в составе берегового модуля, включает блоки сбора, хранения, фильтрации и анализа данных, береговое устройство связи, графический интерфейс, блок построения и идентификации математической модели движения судна, блок задания траектории движения и блок ручного управления с программным обеспечением, разработанным на платформе MATLAB, блок фильтрации данных, блок корректуры компаса и GPS, при этом в состав системы индикации и дистанционного управления входит авторулевой и формирование управляющих воздействий авторулевым производится на береговом модуле, а размещенная на борту малогабаритного опытового судна система сбора кинематической и навигационной информации содержит микроконтроллер Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), морское устройство связи, комплекс датчиков: гироскопический датчик и акселерометр, датчик магнитного поля Земли, датчик GPS, датчик оборотов вала движителя, при этом надводный подвижный модуль и береговой модуль взаимодействуют посредством соответствующих устройств связи, а устройства связи берегового и подвижного модулей выполнены с возможностью использования частот Wi-Fi для обмена данными по протоколу TCP-IP.

2. Опытовый морской модульный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что малогабаритное опытовое судно имеет длину 1,2 м, ширину 0,2 м, высоту борта 0,1 м, осадку 0,04 м.