Судоводительский тренажер Советский патент 1993 года по МПК G09B9/06 

Изобретение относится к тренажерной технике для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судо во- дительского тренажера путем моделирования характерных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки.

На фиг.1 изображена стуктурная схема судоводительского тренажера.

На фиг,2 изображена функциональная схема пульта руководителя 2.

На фиг.З изображена функциональная схема пульта обучаемого 3,

На фиг.4 изображена функциональная схема блока аварийной сигнализации 7.

На фиг.5 изображена функциональная схема системы визуализации 9.

На фиг.6 изображена блок-схема модели навигационной обстановки 4.

На фиг.7,8 изображен алгоритм функционирования модели управляемого объекта 1.

На фиг.9 изображен алгоритм функционирования модели навигационной обстановки 4.

На фиг. 10 изображен алгоритм функционирования блока преобразования 8.

На фиг.11 изображен алгоритм функционирования контроллера пульта 10, входящего в состав пульта инструктора 2.

На фиг. 12,13,14 изображены алгоритмы функционирования контроллера 25, входящего в состав системы визуализации 9.

Судоводительский тренажер (фиг.1) содержит модель управляемого судна 1, связанную с пультом инструктора 2 и пультом обучаемого 3, модель навигационной обстановки 4, соединенную .с пультом инструктора 2 и моделью управляемого судна 1, блок сравнения 5, первый и второй входы которого подключены к выходам модели управляемого судна 1 и запоминающего устройства 6, а выход соединен с входом модели управляемого судна 1 и входом блока аварийной сигнализации 7. Кроме того, в состав тренажера входят последовательно соединенные блок преобразования 8 и система вулканизации 9, причем вход блока преобразования 8 подключен к выходу модели навигационной обстановки 4, запоминающее устройство 6 соединено с моделью управляемого судна 1, а выход блока аварийной сигнализации 7 подключен к входу пульта обучаемого 3.

Модель управляемого судна 1 реализована контроллером на основе микропроцессора, ее функционирование определяется

алгоритмом, описанным на фиг.7,8. В блоках 10 и 22 этого алгоритма выполняется решение системы дифференциальных уравнений движения судна для ситуаций на плаву и посадки на мель или навал на берег. Решение ведется численным интегрированием с постоянным шагом. Коэффициенты этих уравнений определяются конструктивными характеристиками типа

0

судна, его загруженностью, параметрами

навигационной среды {ветром, глубиной, течением) и положением органов управления на пульте обучаемого.

Пульт инструктора 2 содержит (фиг,2)

5 контроллер пульта 10, дисплей 11 и клавиатуру 12. Пульт инструктора 10 служит для приема от инструктора параметров навигационной обстановки, являющихся переменными (район плавания, направление и

0 скорость ветра, условия видимости), и переменных объектов с навигационными огнями (подвижные суда, навигационные знаки).

Функционирование контроллера пульта 10 описывается алгоритмом на фиг. 14.

5Пульт обучаемого 3 состоит (фиг.З) из внешних регистров 13, усилителей сигналов 14, индикаторов контрольно-измерительных приборов 15 , датчиков положения 16., рукояток органов управления 17, звукового

0 сигнального устройства 18 для выдачи звуковых сигналов и импульсного источника света 19 для указания обучаемому ситуации посадка на мель или навал на берег. Индикаторы контрольно-измерительных при5 боров 15 последовательно соединены через усилители сигналов 14 и внешние регистры с входом пульта обучаемого 3. а рукоятки органов управления 17 через датчики положения 16, усилители сигналов 14 и внешние

0 регистры 13 с выходом пульта обучаемого 3. причем указанные входы и выходы пульта обучаемого 3 составляют общую линию взаимосвязи с моделью управляемого судна 1. Входы звукового сигнального устройства 18

5 и импульсного источника света 19 соединены с выходами блока аварийной сигнализации 7.

Блок аварийной сигнализации 7 состоит (фиг.4) из узла запуска 20 для генератора

0 звуковых сигналов 21 и генератора импульсов тока 22, выходы которых соединены с входами звукового сигнального устройства 18 и импульсного источника света 19. Узел запуска 20 при наличии сигнала на входе от

5 блока сравнения 5 запускает работу генератора звуковых сигналов 21 и генератора импульсов тока 22.

Блок сравнения 5 выполняет сравнение значения текущей глубины места нахождения судна, считываемой из запоминающего

устройства 6, с величиной осадки судна, поступающей из модели управляемого судна 1. Если первая величина не больше второй, что соответствует ситуации посадка на мель или,навал на берег, то выдается сигнал на блок аварийной сигнализации 7, поступающий на- вход узла запуска 20.

Система визуализации 9 представляет (фиг.5) собой группу проекционных устройств 23 и экран 24, причем все проекционные устройства подключены к общему выходу блока преобразования 8. Проекционное устройство 23 состоит из контроллера 25, каждый из четырех выходов которого через усилитель мощности 26 и соответственно двигатель угла горизонтали 27, двигатель угла вертикали 28, двигатель перемены светофильтров 29 и источник света 30 связаны с проекционным механизмом 31, световой поток от которого отображается на экран 24. Контроллер 25 реализован на однокристальной микроЭВМ. Алгоритм функционирования этого контроллера представлен на фиг. 11, в котором CTV обозначает счетчик угла по вертикали, CTG счетчик угла по горизонтали, CTPS счетчик перемены паузы свечения. В качестве счетчиков CTG , CTV, CTPS используются ячейки внутренней памяти указанной однокристальной микроЭВМ. Шаговый двигатель, являющийся реализацией блоков 27,28.29, обозначен на алгоритме ШД.

Блок преобразования 8 реализован в виде микропроцессорного контроллера и выполняет распределение визуальных объектов модели навигационной обстановки 4 между проекционными устройствами 23 системы визуализации. Алгоритм функционирования блока преобразования представлен на фиг.10.

Модель навигационной обстановки 4 реализована на аналогичном контроллере с микропроцессорами и может быть представлена эквивалентной блок-схемой, изображенной на фиг.6, и. содержащей дешифратор команд 32. блок местного управления 33, блок расчета 34 и блок хранения текущих параметров навигационной обстановки 35. Выходы дешифратора команд 32 соединены с входами блока местного управления 33,один из выходов которого подключен к блоку расчета 34,соединенного с блоком хранения текущих параметров навигационной обстановки 35. Функционирование модели навигационной обстановки 4 описывается алгоритмом, представленным на фиг,9.

Функционирование судоводительского тренажера в целом определяется работой модели управляемого судна 1 и модели навигационной обстановки 4. Взаимодействие их с остальными частями судоводительского тренажера описывается на основе алгоритмом функционирования следующим образом.

После включения судоводительского тренажера начинают выполняться с помощью модели управляемого судна 1 следу- ющие действия (фиг.7,8):

передача на пульт инструктора 2 сообщения о готовности к работе;

прием из пульта инструктора 2 начальных параметров движения судна (координат положения, направления курса, скорости, загрузки судна);

ожидание приема из пульта инструктора 2 команды начала процесса обучения;

прием из пульта инструктора 2 команды запуска процесса обучения, передача команды запуска процесса обучения в модель навигационной обстановки 4 (MHO).

опрос положения органов управления судна из пульта обучаемого 3 (ПО); выборка из запоминающего устройства данных о глубине и течении в месте нахождения судна;

передача в модель навигационной обстановки 4 запроса на прием текущих пара- метров внешней среды:

прием из модели навигационной среды 4 данных о ветре, условиях видимости, уровне воды в-реке;

проверка сигнала от блока сравнения 5, если сигнал есть, переход к п.22 описания функционирования;

расчет параметров движения судна в нормальных условиях путем решения системы дифференциальных уравнений движе- ния судна;

запоминание вычисленных новых коор- .динат. направления курса, линейной и угловой скорости судна для использования в следующем цикле расчета; передача на пульт инструктора 2 расчетных параметров движения судна, положения органов управления и режимов работы двигательно-рулевого комплекса;

передача на пульт обучаемого 3 показа- ний контрольно-измерительных приборов:

передача в модель навигационной среды 4 координат и курса управляемого судна, выдача в блок сравнения осадки судна.

проверка наличия сигнала из блока сравнения 5 (о посадке на мель или навале на берег);

если сигнала нет, то переход на п. 19:

обнуление линейной скорости судна:

передача на пульт инструктора 2 сообщения о посадке на мель:

проверка, была ли получена из пульта инструктора 2 команда конца процесса обучения, если нет, то переход к п.5;

сброс показаний приборов на пульте обучаемого 2;

передача в модель навигационной обстановки 4 команды конца процесса обучения;

передача .сообщения на пульт инструктора 2 о конце работы тренажера и прекра- щения его работы;

расчет параметров движения судна в условиях посадки на мель путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений, переход к п.11.

Одновременно с моделью управляемого судна 1 модель навигационной обстановки А выполняет циклически следующую последовательность действий, начинаемую после включения судоводительского тренажера (фиг.9):

передачу на пульт инструктора 2 сообщения о готовности к работе;

прием из пульта инструктора 2 началь- ных параметров внешней среды (направления и скорости ветра, условий видимости, уровня воды в реке);

прием данных из пульта .инструктора 2 о подвижных и неподвижных объектов в районе плавания (координаты судов, их курс и скорость);

ожидание приема .из модели управляемого судна 1 (МУС) команды запуска процесса обучения;.

прием из модели управляемого судна 1 команды запуска процесса обучения;

ожидание запроса из модели управляемого судна 1 о внешней среде или команды конца процесса обучения;

передачу в модель навигационной среды 1 параметров внешней среды (данных о ветре и уровне воды в реке);

расчет местоположения судов, неуправляемых обучаемым, на следующий шаг рас- четного времени;

ожидание приема из модели управляемого судна 1 координат и курса управляемого судна;

прием из модели управляемого судна 1 координат и курса управляемого судна;

расчет угловых координат навигационных огней относительно управляемого судна в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

выдачу угловых координат и характеристик навигационных огней (цвет, яркость, режим свечения) в блок преобразования 8;

проверку запроса на данные о внешней среде. Если запрос есть, то переход на п.7,

иначе переход к п.2 для следующего шага выполняемого цикла.

Тренажер работает следующим образом. .

В контроллер модели управляемого судна 1 с пульта инструктора 2 вводится обозначение .типа судна, определяющее физические параметры и гидродинамические характеристики математической модели судна, и данные по его загрузке. В контроллер модели навигационной обстановки 4 с пульта инструктора 2 вводятся участок судового хода, определяющий навигационную обстановку, глубину и визуальную картину, метеоусловия (силу и скорость ветра, волнение и т.д.).

С пульта 3 обучаемый органами управления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу. В это время в результате взаимодействия контроллеров модели управляемого судна 1 и модели навигационной обстановки 4 блок преобразования 8 вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9. В случае выхода судна за границы судового хода блок 5 сравнения, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель управляемого су-дна 1 и в блок аварийной сигнализации 7, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель управляемого судна имитирует посадку на мель.

Преимущество изобретения заключёет- ся в том, что предлагаемый судоводительский тренажер моделирует характерные для речного судовождения нештатные ситуации и транспортные происшествия (посадку на Мель, навал на берег и т.п.), что позволяет существенно расширить функциональные возможности тренажера.

Формула изобретения Судоводительский тренажер, содержащий пульты обучаемого и инструктора, взаимосвязанные с моделью управляемого судна, блок сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами модели управляемого судна и запоминающего устройства, и блок преобразования, отличающийся тем, что в него введены модель навигационной обстановки, взаимосвязанная с пультом инструктора и моделью управляемого судна и подключенная к входу блока преобразования, выход которого служит для подключения к системе визуализации, и блок аварийной сигнализации, вход и выход которого соединены соответственное выходом блока срэвнения и входом пульта обучаемого, при этом с запоминающим устройством и подключе- модель управляемого судна взаимосвязана на к выходу блока сравнения.

Изобретение относится к тренажерной технике, предназначено для обучения, тренировки и повышения квалификации судоводителей речного флота. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей судоводительского тренажера путем моделирования характерных для речного судовождения нештатных ситуаций в условиях реальной навигационной обстановки. Сущность изобретения заключается в следующем; с пульта 3 обучаемый органами управления задает ходовой режим двигателей и управляет движением судна по судовому ходу. В это время в результате взаимодействия контроллеров модели 1 управляемого судна 1 и модели 4 навигационной обстановки блок 8 преобразования вырабатывает управляющие сигналы для системы визуализации 9. В случае выхода судна за границы судового хода блок сравнения 5, сравнивающий глубину в месте нахождения судна и его осадку, выдает в момент равенства этих параметров управляющий сигнал в модель 1 управляемого судна и в блок 7 аварийной сигнализации, который включает соответствующие сигналы на пульте обучаемого 3, а модель 1 управляемого судна имитирует посадку на мель. 14 ил. (Л С

11

ФИГ.2.

12 С5р0С /70/C030MI/U

/ pt/fi000Ј яа /70 леред0 /0. Ј ММ0 К0м0ндб/ #0ща процесса 0fyve- шя

Лередача шя на /7 0/с0ще 00д 0/77&//яреяа- жера

Хонец )

ОО6

s

Фие.8

( Мазало )

Щиг. 9

/J

Яринт

3ffn0OCMffOO.

№/e о Дхешмеь среде

Олриёма i/з MHO данмь/х для )ажен1/я //а- Яигяционнш ней

Лриём а шЙигщиоммш 0г- няхГцЗея, Я/Ж0СЩ режим ,t/2- лойые хоордг/ш/яй/

0/77HDCl// 7&/ btf0 СУдяДадм/яеля

Сравнение яолучен- #ш dffHttd/x яд 0г - нях с дамяб/мм, лучемны/м/ /ь/(ущрм цг/хле

/faj#fft/e//t/e Ј#0fo бДеденшм 0еяям с80д(днш /700е#Ц1/ОМ/Ш уС/77Д0{/

с/яб

0с#00 пждение / Јоещи0#нш уем

РОУС/яб, С0/7/20ШЖдавшш 0гщ хеяю- рые 0 &Лбшё #е 6t/d//M

flppedffva 00янь/ 0. ко0рдин0л70х 0г#е#, цвете, яр/с0с/яи & режиме сЈе /е#Ј/я

Д/77Р /7/ 0еЛЦ1/0/М6/&

уе/я йс/ябя, J0#0/Я0рЫМЈ/ 0//Ј/ 30Лр&

/темы

/

( Начало )

Передача лараме/TJpoS днешней среды 8/МО

8

Прием с дисллея

ияереда /а S MM0

данньм

о судах- целях

Вь/Јодна дисплей схемы района лла- 8ания/очертания берегод, границы фарватера, знаки наёигаиион. об-. с/тшноЗ/ш}

4

Ч/яение с дисплея Ј диалоговом ре - жиме наиалйньм параметров &8и- жения управляемого судна

5

iff

f3

flepedava tf МУС ломандб/ за0е/)ше//г/я offut/емг/я

/4

flpt/ем из МУСи fo/fods/ff дисялей сообщения о Х0м- 14 е работы наже/ я

( Л0//ец 3

fff

ФормЈГ/77иро0амие

/t/CJ 0fo/S tf&Mutf

t/fo/Јad#fftfvc/7- лей/хурс, сх& - рос/ль, положение 0ргяноЈ {//ipafae- ния).

/7

( Начало

Лнализ лринятого

хамандного

решения

Јс/я г лризнак обновления даннш

Мет

Днализ cve/7 4t/KCt лересмемб/ лауза- с#е /еяие CTPS

зама, 0 CTPS нойаго ш/яербам Дремени и дхлнмение нойого рмб/яра

8

Расчет скупос/т/

леремещения

огня

/70 горизонтали

и SepmvKa/ u

Фи г. ft

Фи г. 13

#:

Сдрос признана дДижения по горизонтам

Координаты и ходи для ШД л о горизонтали Вь/даиа кода ЈШД

012

t

DfZ

Ч/

Фиг.М