способ управления движением судна
| Классы МПК: | B63H25/00 Управление судами: уменьшение скорости хода, осуществляемое иными средствами, чем движители; динамическая постановка на якорь, те расположение судов с помощью основных или вспомогательных движителей |
| Автор(ы): | Юдин Юрий Иванович (RU), Пащенцев Сергей Владимирович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2005-12-20 публикация патента:
20.04.2007 |
Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением судна при осуществлении его выхода в условную точку в заданном направлении. При формировании сигнала отклонения от заданной траектории его подают вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной по курсу на вход исполнительного механизма руля. Дополнительно используют условную точку в заданном направлении и формируют два сигнала отклонения от заданной траектории, первый сигнал определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку Пут и текущим значением курса К, второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку Кзд и текущим курсом судна К, а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу 
по формуле: 
=a1(Пут-К)+а 2 +а3(Кзд-К), где a1, a2, а 3 - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам, при этом достигается повышение точности выхода судна в условную точку в заданном направлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. 
Формула изобретения
1. Способ управления движением судна, заключающийся в формировании сигнала отклонения от заданной траектории, подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной по курсу на вход исполнительного механизма руля, отличающийся тем, что дополнительно используют условную точку в заданном направлении, формируют два сигнала отклонения от заданной траектории, первый сигнал определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку (Пут) и текущим значением курса (К), второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку (Кзд) и текущим курсом судна (К), а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу ( ) по формуле
=a1(Пут-К)+а 2 +а3(Кзд-К),
где a1, a2, а 3 - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае визуально не наблюдаемой условной точки в заданном направлении значение пеленга с судна на условную точку рассчитывают по формуле:
Пут=arctg {[(
ут- )cos
]/( ут- )},
где ут, - долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;
ут, - широта условной точки и широта места положения судна соответственно.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве условной точки используют буй, швартовную бочку или погрузочное устройство.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к водному транспорту и касается управления движением судна при осуществлении его выхода в условную точку в заданном направлении.
Известны различные способы управления движением судна по заданной траектории, заключающиеся в формировании сигнала, пропорционального отклонению от заданной траектории, и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на вход исполнительного механизма руля (SU 1066896, B63H 25/24; SU 1102714, B63H 25/00; SU 1618700, B63H 25/00).
Недостатками этих способов являются:
- отсутствие возможности непрерывного контроля за положением судна на заданной траектории из-за неоднородности вида траектории (чередующиеся прямолинейные и криволинейные участки);
- использование довольно большого количества расчетных значений параметров для определения сигнала рассогласования по курсу и угловой скорости, а также по отклонению от заданной траектории, в результате чего существенно снижается точность удержания судна на заданной траектории, что неприемлемо при осуществлении выхода в условную точку в заданном направлении;
- исключена возможность достижения основной цели маневра - выхода в условную точку в заданном направлении при отсутствии фиксированного центра поворота в районе выполнения маневра.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления траекторией движения судна, заключающийся в формировании сигнала отклонения от заданной траектории и подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и его производной на вход исполнительного механизма руля (Якушенков А.А. и др. Новые технические средства судовождения. - М.: Транспорт, 1973, с.205, 242). Способ обладает всеми недостатками, которые приведены выше.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении точности управления движением судна для выхода его в условную точку в заданном направлении.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе, заключающемся в формировании сигнала отклонения от заданной траектории, подаче его вместе с сигналами рассогласования по курсу и производной по курсу на вход исполнительного механизма руля, дополнительно используют условную точку в заданном направлении, формируют два сигнала отклонения от заданной траектории, первый сигнал определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку (Пут) и текущим значением курса судна (К), второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку (Кзд) и текущим значением курса судна (К), а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу (
) по формуле:
=a1(Пут-К)+а 2
+а3(Кзд-К),
где а1, a2, а 3 - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.
Кроме того, в случае визуально не наблюдаемой условной точки в заданном направлении значение пеленга с судна на условную точку рассчитывают по формуле:
Пут=arctg {[( ут-
)cos
]/(
ут-
)},
где ут,
- долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;
ут,
- широта условной точки и широта места положения судна соответственно.
В качестве условной точки используют буй, швартовную бочку, погрузочное устройство и др.
Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного и являющегося наиболее близким являются использование дополнительно условной точки в заданном направлении, формирование двух сигналов, первый из которых определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку (П ут) и текущим значением курса судна (К), второй сигнал отклонения определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна на условную точку (К зд) и текущим значением курса судна (К), а на вход исполнительного механизма руля подают комбинацию этих сигналов и сигнала производной по курсу ( ) по формуле:
=a1(Пут-К)+а 2
+а3(Кзд-К),
где а1, а2, а 3 - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.
Кроме того, в случае визуально не наблюдаемой условной точки в заданном направлении значение пеленга с судна на условную точку рассчитывают по формуле:
Пут=arctg{[( ут-
)cos
]/(
ут-
)},
где ут,
- долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;
ут,
- широта условной точки и широта места положения судна соответственно.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1-4 изображены основные варианты возможных положений судна относительно условной точки при заданном направлении его выхода в нее, причем в данном случае Кзд=180°.
В процессе движения судна из исходного положения (1; 2; 3; 4), как показано на фиг.1-4, в условную точку (буй, швартовная бочка, погрузочное устройство и т.п.) непрерывно осуществляют измерения курса судна (К), пеленга на условную точку (Пут) и угловой скорости поворота судна ( ) или, что то же самое, производной по курсу. Если условная точка является подводным объектом и не может быть наблюдаема визуально, значение пеленга Пут рассчитывают по формуле:
Пут=arctg{[( ут-
)cos
]/(
ут-
)},
где ут,
- долгота условной точки и долгота места положения судна соответственно;
ут,
- широта условной точки и широта места положения судна соответственно.
При этом координаты условной точки, если она неподвижна, имеют постоянные значения, а координаты судна являются переменными параметрами и измеряют их в непрерывном режиме с использованием судового приемоиндикатора спутниковой навигационной системы (СНС) GPS или той же системы, но с использованием дифференциальных поправок DGPS, обладающей высокой точностью определения координат (±1,0 м).
Сигналы отклонения от заданной траектории (в данном случае их два) формируют следующим образом.
Величину и знак 1-го сигнала определяют как алгебраическую разность между текущим значением пеленга с судна на условную точку Пут и текущим значением курса судна К. Величину и знак 2-го сигнала определяют как алгебраическую разность между заданным направлением выхода судна в условную точку Кзд и текущим курсом судна К.
Управление движением судна для выхода его в условную точку в заданном направлении предлагаемым способом реализуют подачей на вход исполнительного механизма руля комбинации сигналов (П ут-К), , (Кзд-К).
Закон управления рулем судна реализуется в виде
где а1, a 2, а3 - коэффициенты усиления по соответствующим сигналам.
Угол перекладки руля r имеет знак, противоположный знаку величины, определяемой зависимостью (2), т.е.
В выражении (3) W - передаточная функция исполнительного механизма.
Предлагаемый способ управления движением судна для осуществления его выхода в условную точку в заданном направлении не исключает подвижности условной точки на плоскости, но для достижения цели рассматриваемого маневра в этом случае необходимо вводить ограничения в соотношения линейной скорости судна и линейной скорости движения условной точки
ут с учетом их взаимного расположения в момент начала сближения. Так, например, для выхода судна в подвижную условную точку в заданном направлении из исходных позиций 1, 2 (см. фиг.1, 2) необходимо, чтобы указанное соотношение скоростей удовлетворяло условию
ym/
меньше 1,0.
В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - повышение точности выхода судна в условную точку в заданном направлении, таким образом, предлагаемый способ управления движением судна соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Класс B63H25/00 Управление судами: уменьшение скорости хода, осуществляемое иными средствами, чем движители; динамическая постановка на якорь, те расположение судов с помощью основных или вспомогательных движителей
