Автоматическая система управления силовым приводом судового руля Советский патент 1984 года по МПК B63H25/04 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а име но к системам автоматического управления движением судов. По ОСНОВНОМУ авт.св. N 288581 известна автоматическая система управления силовым приводом судового руля, содержащая датчик курса, диффе ренцирующее устройство, интегрирующее устройство, датчик обратной связи, суммирующее устройство, усилитель и исполнительные механизмы, а также широтно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу сум мирующего устройства, а выход соединен с входом усилителя, и включающий в себя аналого-цифровой преобразователь, блок определения фазы сигнала, дешифратор, блок формирования длительности импульса, схемы сов падений и электронные ключи. Данная система управления за счет последовательного включения, между суммирующим устройством и усилителем с исполнительными механизмами ширртно-импульсного модулятора обладает улучшенными динамическими свойствами в условиях действия относительно небольших по амплитуде возмущений у . Однако такая система управления за счет формирования в ней широтномодулированного импульса, воздействующего на усилитель с исполнительны ми механизмами в функции трех состав ЛЯК1ЩИХ сигнала ошибки и сигнала .обратной связи с неизменным коэффициен том при дифференциальной состйвляющей, характеризуется низкими динамическими свойствами при действии значительных по величине возмущений. Цель изобретения - оптимизация динамических свойств системы автоматического управления силовым приводом судового руля при действии значительных по величине возмущений.. Поставленная цель достигается тем что автоматическая система управления силовым приводом судового руля, содержащая датчик курса, дифференцирующее устройство, интегрирующее устройство, датчик обратной связи, суммирующее устройство, усилитель и исполнительные механизмы, а также щиротно-импульсный модулятор, вход которого подключен к выходу суммирую щего устройства, а выход соединен с входом усилителя, и включающий в себя аналого-цифровой преобразователь. 152 блок определения фазы сигнала, дешифратор, блок формирования длительности импульса, схемы совпадений и электронные ключи, снабжена последо вательно соединенными блоком вычитания, дополнительным, преобразователем, дополнительным дешифратором и блоком коммутирующих ключей, выход которого подключен к второму входу дифференцирующего устройства, а два входа блока вычитания соединены соответственно с. выходами суммирующего и дифференцирующего устройств. На чертеже схематично представлена блок-схема автоматической системы управления силовым приводом судового руля. Система содержит датчик 1 курса, дифференцирующее устройство 2, интегрирующее устройство 3 и датчик 4 обратной связи, выходы которых соединены со вxoдa ш суммирующего устройства 5. Выход суммирующего устройства 5 соединен со входом широтно-импульсного модулятора6, выход которого заведен на вход усилителя 7. Выход усилителя 7 подключен к исполнительным механизмам В. Широтно-импульсиый модулятор 6 включает в себя аналогоцифровой преобразователь 9, блок 10 определения фазы сигнала, дешифратор 11, блок 12 формирования длительности импульса, схемы 13 и 14 совпадений и электронные ключи 15-18. Система содержит также устройство 19 автоматической коррекции коэффициента передачи по дифференциальной состайлякщей, входы которого подключены соответственно к выходам суммирующего 5 и дифференцирующего 2 устройств, а выход соединен с вторым входом дифференцирующего устройства 2. . Устройство коррекции состоит из последовательно соединенных схемы 20 вычитания, дополнительного преобразователя 21 аналог - код, дополнительного дешифратора 22 и блока 23 коммутирующих ключей. Блок 23 коммутирующих ключей представляет собой набор двухпозиционных электронныхключей, количество которых определяется шагом квантования по уровню сигнала с выхода схемы 20 вычитания в преобразователе 21 аналог-код. Назначение блока 23 состоит в управлении коэффициентом усиления оконечного каскада дифференцирующего

устройства 2 посредством изменения глубины его отрицательной Обратной связи. При этом изменяется коэффициент передачи К2 всего дифференцирующего устройства 2, а следовательно, и вес дифференциальной составляющей в сигнале ошибки.

Система работает следующим образом.

При отклонении судна от курса сиг налы с датчика 1 курса, дифференцирующего 2 и интегрирующего 3 устройств, а также с датчика 4 обратной связи алгебраически складываются на суммирующем устройстве 5. Суммарный сигнал с устройства 5 поступает на аналого-цифровой преобразователь 9 и блок 10 определения фазы сигнала. На выходе аналого-цифрового преобразователя 9 в дискретные момен ты времени, определяемью периодом квантования Т, формируется значение сигнала ошибки в цифровом виде, которое передается на дешифратор 11. С дешифратора 11 дешифрованный сигнал поступает на блок 12, в котором формируется длительность импульса, поступающего на схемы 13 и 14 совпадений. На вторые входы схем 13 и 14 совпадений подается разрешающий либо запрещающий потенциал с блока 10 оп ределения фазы сигнала ошибки. Таким образом, широтно-модулированный импульс проходит только через одну из схем совпадений и открывает в одном случае электронные ключи 15 и 18, а другом - 16 и 17. Сигнал с электронных ключей поступает на усилитель 7 и воздействует на исполнительные механизмы 8, которые осуществляют необходимую перекладку руля.

Оптимизация динамических свойств системы управления силовым приводом судового руля в условиях действия значительньЬс по величине возмущений осуществляется следукяцим образом.

Суммарный сигнал с выхода устройства 5 поступает на первый вход схемы 20 вычитания, где из его абсолютного значения вЫчитается абсолютное значение сигнала с выхода дифференцирующего устройства 2, подаваемого на ее второй вход. Разностный сигнал с выхода схемы 20 вычитания подается на вход дополнительного преобразователя 21 аналог-код, с выхода которого в цифровом виде поступает на вход дополнительного дешифратора 22, управляющего блоком 23 ключей. Выход блока 23 ключей соединен с вторым входом дифференцирующего устройства 2. В зависимости от того, какой из электронных ключей 23 блока оказывается открытым, изменяется коэффициент усиления оконечного каскада дифференцирующего устройства 2, а следовательно, и величина сигнала на его выходе. Таким образом, производится масштабирование дифференциальной составляющей сигнала ошибки или изменение коэффициента передачи К2 устройства 2.

В случае значительной доли дифференциальной составляющей в суммарном сигнале, т.е. малых значений разностного сигнала на выходе схемы 20 вычитания , последний после обработки его йа дополнительном вреобразователе 21 аналог-код и дешифраторе 22 через блок 23 коммутирующих ключей приводит к изменению коэффициента передачи сигнала с дифференцирующего устройства 2 в сторону его уменьшения. При значительнойвеличине сигнала на вькоде схемы 20 вычитания все устройство 19 автоматической коррекции работает таким образом, что коэффициент передачи сигнала с дифференцирующего устройства 2 возрастает. Формирование широтно-модулированного импульса, воздействуняцего на усилитель с исполнительными механизмами, рри этом производится в функции трех составляющих сигнала ошибки и сигнала обратной связи с переменным в зависимости от условий плавания коэффициентом при дифференциальной состав яющей, а именно

1Эе-у(О,

де

l|W«K,«,X2U j| K joiat-K4 (4

о

- суммарный сигнал; Ч W длительность шиpoтнo-мoдУлиpoвaнного импульса - отклонение судна

от курса; i - отклонение пера

руля от нейтралиJ i - текущее время j: 3€ - коэффициент широтной модуляции; Кд. постоянные коэффициенты{51 автоматически пере страиваемый в зависимости от уелоВИЙ плавания коэффициент при дифференциальной состав ляющей i & - разностный сигнал на выходе схемы 20 вычитания. Функциональная связь К и и прямо пропорциональная,т.е.Kj i где k Постоянный коэффициент. Технический эффект изобретения состоит в том, что при движении по заданному стабилизированному курсу в условиях значительного волнения ав:Томатически снижается коэффициент передачи дифференциальной составляющей сигнала ошибки, что приводит к 15 уменьшению как величин перекладок пера руля, так и количества включений рулевой машины. В результате уменьшается гидродинамичесдсое сопротивление движению судна и его рыскание, что приводит к экономии ходового времени и повьппению точности удержания на курсе. Устраняется перегрузка рулевой автоматическое управление движением судна при значительном Волнении. Экономический эффект определяется уменьшением ходового вреые и и как следствие уменьшением расхода горючего в результате снижения гидродинамического сопротивления движению судна за счет уменьшения его рыскания и кладок руля, а также увеличением срока службы рулевой машины.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЬМ ПРИВОДОМ СУДОВОГО УЛЯ по авт.св. № 288581, о т л и. ч а ющ а я с я тем, что, с целью оптимизации динамических свойств в условиях действия значительных по вели чине возмущений, она снабжена последовательно соединенными блоком вычитания, дополнительным Преобразователем, дополнительным дешифратором и блоком коммутирующих ключей, выход которого подключен ко второму входу дифференцирующего устройства, а два входа блока вычитания соединены сортветственно с выходами суммирующего и дифферейцирующего устройства. г