Устройство для моделирования выходных сигналов судового гирокомпаса Советский патент 1986 года по МПК G06G7/78 

Изобретение относ1-ггся к аналого-цифровой вычислительной технике, и предназначено для моделиронания выходных сигналов судового гирокомпаса

Цель изобретения - повьпиение точ- HOCTJ-I при моделировании вькодных сигналов судового гирокомпаса в зависимости O-T перекладки руля с учетом зво.юционного периода циркуляили и перехода его в установившийся режим, с одковременньп-1 моделированием процесса колебаний чувствительного элемента гирокомпаса.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для моделирования вы- ход1-ЕЬ х сигнгшов судового гирокомпаса содержит уъ ножите1 ь 1 ,, блок 2 воспро из в еде ния ло г арнфмкч е с к ой з а в и с имо с - ти, первый cy мaтop 3, масштабный усилитель 4 5 ком-паратор 5, интегратор б, тфеобразователь 7 напря 1:ения в частоту. Элементы И 8 и 9, ревер- сивньд счетчик Ш, кгаочи 11 и 12, второй сумматор 13,, блок 14 форг-я-гро- вания модуля сигнала,,пороговый элемент 15.

Устройство для моделирования выходных сигналов судового г-ярокомпаса работает след ующим образом.

При перекладке руля часть схемы, состо5гща.я из блока lA, умножителя 5 и сумматора Зд вычисляет величину угловой скорости разворота судна при установившейся циркуляции, которая ВЕЛрабатывается на выходе умножителя i, Для получения текущего угла разворота судна величина угловой скорости разворота судна рштегрируется во времени цифровым интеграторомJ состоящем из преобразователя 7 напряжения в частоту, элементов И 8 к 9 и счетчика 10,

Причем сигнал углопой скорости разворота судна е выхода умножителя 1 поступает на вход преобразозателя / для интегрирования через блок 2 и до пол ните л ь ньш с у -1мир ующий ките, г р а- - тор 6 „

Поэтому величина угловой скорости разворота судна на входе преобразователя 7 нарастает во времени по нелинейному закону, определяя тем самым поведение судна на неустановившейся циркуляции, переходяш;ей затем в установившийся режим.

Величина угловой скорости разворота -чувствительного элемента гироком189;

паса при установившейся циркуляп,ии чьгчнсляется следуюп1им образом.

Математические уравнения, описы- ваюплие движение судна при перекладке руля J содержат сло;-кнь е нелинейные за- внсимости и имеют решения только для част1тых случаев при некоторых упро- ю:а1ощих допущениях,

Элементы цир-куляции обычно опреде- Q ЛЯГОТС51 экспериментальньм путем при проведении ходовых испытаний судов,

3TOjvi уравнения, описывакицие поведение судового гирокомпаса, со- держё.т еще более слоггсные нелинейные 5 зависимости. Однако угловая скорость разворота судна при установившейся циркуляции с достаточной степенью ТОЧН1ЭСТИ описывается следующей эмпирической зависимостью:

w . (О

UK,jpi

,а,е Q угловая скорость разворо- ;;|с;та судна при установивга -йся циркуляции; , Vj, -- скорость судна на прямом курсе до перек.гьадки руля ; -jq Р - ут ол перекладки руля;

К 5К, - постоян}-&1е коэффициенты. В устройстве выражение (1/ приводится к виду

tO /l3/(k,Vo-K2Gjl (2)

н реализуется следую 1: щм образом,

rla вход блока 14 поступает сигнал s г)ропорц юн; льны-й углу г-врбкладки При перекладке руля на правый

борт величина /5 mief:T положителышй .«г ьпак, гфи перекладке руля на левый

бор-т отрицательшэШ. С выхода блока

14 снимается :игнал a6coj-iK) зна- угла пе 5екладки руля 1 f f и пос- тупй.ет на перггый вход умножителя ,

с выхода которого снит-ьается сигнал прот::орциональнь й 6) согласно вьфагке- кию (2). Этот сигнал поступает на вы- ч:итг;.юи()-5й вход cyw-jaTopa 3, имеющий г;озсЬфицие гг передачи 1(2 Иа суммирую- - пщй вход. сумм;1тора 3, имеЮ Щи;й коэффициент передачи К. поступает входная Б&-гкчина скорости судна ка пря- кок курсе до г ерекладки руля V „ Вы- кол, сумматора 3 соединен с вторь - 3 входом умножителя 1 , Велич-ина сигнала, снимаемого с выхода у:множителя , с:оответствует угловой скорости разкюрота судна при устаиовившейся

31

циркуляции и определяется выражениями (1) и (2).

После перекладки руля угловая ско рость разворота судна устанавливается не сразу, а достигает установившейся величины за период времени,, который назьтается временем неустановившейся циркуляции.

Время неустановившейся циркуляции по нелинейному закону зависит от угла перекладки руля, причем чем на больший угол перекладьшается руль ,судна, тем меньше время неустановившейся циркуляции. Характер этой зависимости также определяется опыт1а м путем при проведении ходовьж испытаний. Реализация нелинейной зависямос ти времени неустановившейся циркуляции от угла перекладки руля в данном устройстве осуществляется следующим образом.

После перекладки руля напряжение, пропорциональное установившейся угловой скорости разворота судна, с выхода умножителя 1 поступает на первый вход компаратора 5 и сравнивается с выходным напряжением сзт 1мир5тощего интегратора 6. До момента перекладки руля напряжение на выходе суммирующего интегратора 6 равно нулю и поэтому после перекладки руля с выхода компаратора 5 снимается сигнал, кото рьй открьюает ключ 12 и закрывает ключ 11. При этом выходное напряжение умножителя I через масштабный усилитель 4 и первый вход сумматора 13 пропускается открытым ключем 12 на первый вход суммирующего интегратора 6, который начинает накапливать заряд. При линейном изменении выходного напряжения -умножителя 1 изменение напряжения на первом в-ходе суммирующего интегратора 6 происходит нелинейно за счет того, что выходное напряжение масштабного усилителя 4 сумматором 13 складьшается с выходным напряжением блока 2,

Блок 2 вырабатьгаает напряжение, которое по нелинейному (логарифмическому) закону зависит от входного,

Выходное напряжение масштабного усилителя и блока 2 раэнополярны и при суммировании вычитаются. Таким образом при линейном увеличении угла перекладки руля напряжение на первом входе сумьшрукицего интегратора 6 изменяется нелинейно согласно выражению (1).

33189

Как иапряженг1е суьгмт1р-утощего интегратоуоа 6 станет больше выходного напряжения умножителя 1, компаратор 5 вьфабатьшает сиг5 нал, которьгй закроет ключ 12 и откроет ключ I1, При этом опорное напряжение и„ через открытый ключ 11 начнет разряжать сум нр%пощий интегратор 6 до момента времени, когда снова его

10 выходное напряжение станет меньше выходного напряжения умножителя 1. После этого компаратор 5 снова откроет ключ 12 и закроет ключ I1, что снова вызовет процесс дозаряда сумми15 РУющего интегратора 6, т.е. устройство начинает работать в режиме динамического равновесия. Таким образом после перекладки руля до момента наступления динамического равновесия с

20 выхода суммирующего интегратора 5 снимется сигнал, соответствующий у:- ловой скорости разворота судна (чувствительного элемента гирокомпаса) при неустановившейся циркуляции, а.

25 после наступления динамического равновесия с выхода суммирующего интегратора 6 снимается сигнал, соответствующий угловой скорости разворота судна при установившейся циркуляции,

30 который пропорционален сигналу с выхода умножителя I, При этом время выхода устройства в режим динамического равновесия соответствует времени неустановггашейся циркуляции и заог висит по нелинейному закону, определяемому параметрами блока 2, от угла перекладки руля. Следует отметить, что при отсутствии блока -2 время неустановившейся циркуляции было бы

50 постоянным и не зависило бы от угла перекладки руля.

Реализация блока 2, а также величины коэффициентов передачи масштабного усилителя и блока 2 зависят от

типа моделируемого судна и подбираются опытным путем.

В данном устройстве блок 2 реализован в виде лoгapиф шчecкoгo усилителя, выходное напряжение которого зависит от входного по логарифмичес50

кому закону.

Логарифмический закон для некоторых типов судов даст достаточно близкое приближение к реальной зависимос- 55 ти времени неустановившейся циркуля- от угла перекладки руля,

Так как для судоводителя наиболее существенным является период ввода

судна в циркуляцию и сама циркуляция то выход из циркуляции целесообразно осуществлять ускоренно, чтобы не отвлекать внимание судоводителя на не- существенный элемент маневра судна. Этот процесс в устройстве осуществляется следующш- образом, j При уменьшении угла перекладки руля напряжение на выходе умножителя 1 становится меньше выходного напряжения суммирующего интегратора 6. При этом закрьшается ключ 12 и открывается ключ 11 и опорным напряжением Uo идет ускоренный разряд суммирующего интегратора 6 до момента равенства зыходных напряжений умножителя 1 и суммирующего интегратора 6, при которых наступает новый режим динамического равновесия устройства.

При нулевом угле перекладки руля напряжение на выходе умножителя 1 равно нулю. Для того, чтобы в этом случае поддерживался режим динамического равновесия вблизи нулевого зна- чения, на третий вход сумматора 13 подается напряжение смещения Ер , ко горое обеспечивает заряд интегратора 6 через ключ 12 при его открывании.

Выходной сигнал судового гироком- паса соответствует значению интеграла по времени от угловой скорости разворота чувствительного элемента.

Для реализации этой зависимости напряжение с выхода суммирующего ин- тегратора 6 поступает на вход преобразователя 7 напряжения в частоту, с выхода которого импульсы напряжения с частотой следования, пропорциональной угловой скорости разворота суднаJ через элемент И 8 и 9 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий вход реверсивного счетчика 10. На управляющие входы элементов И поступает сигнал направления перекладки руля с выхода порогового элемента 15; на вход которого поступает сигнал перекладки руля Ь , При перекладке руля на правый борт с выхода порогового элемента 15 снимает- ся сигналS открывающий элемент И 8, через который импульсы напряжения поступают на суммирующий вход счетчика 10 и увеличивают значение числа, записанного в нем. При перекладке руля на левый борт открывается элемент И 9 и значение числа, записанного в счетч|- ке уменьшается.

С выхода счетчика снимается цифровой код курса судна в тек1утдий момент времени.

Реверсивный счетчик работает в кольцевом режиме. Цифровой код максимального значения курса на выходе счетчика соответствует 359,9 , после чего он переходит в состояние 000,0 при поступлении очередного счетного -1Мпульса на его суммирующий вход, и из состояния 000,0° переходит в состояние 359,9 при поступлении счетного импульса на его вычитающий вход.

Когда устройство после перекладки руля находится в режиме динаьшческо- го равновесия.выходное напряжение суммирующего интегратора совершает колебательньм процесс относительно среднего значения, соответствующего угловой скорости разворота судна.

При этом набор числа в счетчике 10J соответствующего курсу судна, также идет неравномерно. Это позволяет одновременно с моделированием разворота судна моделировать процесс колебания чувствительного элемента гирокомпаса под действием возмущающих факторов, например волнение моря

Таким образом, предлагаемое устройство при применении его в тренажерных судоводительских системах прос TiiDviH техническими средствами позволяет с достаточной степенью точности моделировать процесс ввода судна в циркуляцию при перекладке руля и одновременно с этим моделировать процесс ко лебанин чувствительного элемента гирокомпаса под действием возмущающих факторов во время установившейся цир кул яции,

Формула изобретения

Устройство для моделирования выходных сигналов судового гирокомпаса содержащее блок моделирования курса судна, и.ыполненкый в виде реверсивного счетчика, два cyf-iMaTOpa, пороговый элемент, блок формирования модуля входного сигнала, преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к первым входам первог.о и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого является выходом устройсгва, вход задания уг7

ла перекладки руля которого подключен .через пороговый элемент к вторым входам первого и второго элe feнтoв И, отличающееся тем, что с целью повьшения точности, в него введены умножитель, блок моделирова- 1-1ИЯ неустановившейся циркуляции судна, выполненный в виде блока воспроизведения логарифмической зависимости, масштабный усилитель, два ключа, блок моделирования колебаний судна. вьтолненный в виде интегратора, и .компаратор, выход блока формирования модуля входного сигнала подключен к первому входу умножителя, выкод кото рого соединен с первыми входам;; компаратора и первого сумматора и с входами масштабного усилителя и блока воспроизведения лoгapиф fflчecкoй зависимости, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подк.шочен к информаЗс8

цийнному входу первого ключа, выход которого подключен к первому входу интегратора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей, вход задания опорного напряжения устройства соединен с ннформащюнным входом Второго ключа, выход которого подключен к второму входу интегратора, вход задания напряжения смещения устройства соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу масштабного усили- тепя, вход задания скорости судна устройства соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключён к второму входу умножителя , вход задания угла перекладки руля устройства соединен с входом блока формирования модуля сигнала.

Редактор С.Петрушева

Составитель В,Рыбин

Техред М.Ходанич КорректорЕ.Рошко

Заказ 2773/52Тираж 6/1Подписное

ВНИИГО Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Ра Т11ская наб,, д. 4/5

JПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

Изобретение относится к области вычислительной- техники и предназначено для моделирования выходных сигналов гирокомпаса. Цель изобретения- повьшение точности, которая достигается введением новых блоков и функциональных связей, позволяющих моделировать неустановившиеся циркуляции судна и колебания судна при воспроизведении угла перекладки руля. Введение блока моделирования неустановившейся циркуляции судна, выполненного в виде блока воспроизведения логарифмической зависимости, и блока моделирования колебаний судна, выполненного в виде интегратора, позволяет моделировать процесс ввода судна в циркуляцию при перекладке руля и одновременно с этим моделировать процесс колебания чувствительного элемента гирокомпаса под воздействием возмущаювщх факторов во время установившейся циркуляции. 1 ил. с € го ОО оэ