способ автоматической проводки судна

Формула изобретения

1. Способ автоматической проводки судна, включающий измерение параметров движения судна датчиками угла курса и угловой скорости, датчиком положения руля, и навигационным прибором, определяющим текущее положение судна, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласований и скорости судна, определяемой навигационным прибором, отличающийся тем, что программные параметры движения, определяющие положение судна, получают путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора при эталонном проходе судна по заданному маршруту, при этом выделяют участки судового хода, которые, в зависимости от ширины участка судового хода, аппроксимируют прямыми линиями, для которых программные значения угла курса постоянны, и криволинейные участки, соединяющие прямолинейные, которые аппроксимируют дугами круга радиуса разворота, и переходными участками, при этом программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с упрощенной моделью движения судна в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смещение на заданное расстояние относительно программной оси судового хода при выполнении маневров расхождения, обгона по команде судоводителя производят на прямолинейном программном участке, для чего формируют криволинейный участок, обеспечивающий сход судна с данного прямолинейного участка, далее формируют прямолинейный участок, обеспечивающий уход судна на заданное судоводителем расстояние от данного прямолинейного участка, далее формируют криволинейный участок для выравнивания судна на оси судового хода, параллельной исходному прямолинейному участку, а для возврата судна по команде судоводителя на прямолинейном смещенном относительно эталона участке движения формируют криволинейный участок, обеспечивающий движение судна в направлении, отрабатывающем произведенное смещение, прямолинейный участок, обеспечивающий отработку произведенного смещения, и криволинейный участок, обеспечивающий возврат судна на программный прямолинейный участок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судовождения и может быть использовано для повышения точности автоматического управления судами. Задача повышения точности авторулевого особенно актуальна для речных судов в связи со следующим:

- значительная сложность фарватера, извилистость судового хода;

- большая протяженность внутренних водных путей (ВВП) РФ;

- тяжелые погодные условия;

- отсутствие навигационных карт крупного масштаба необходимой точности, значительные сроки и средства на их создание;

- ухудшение состояния средств навигационного оборудования судовых ходов, а в значительной части водных бассейнов РФ и их отсутствие.

Как следствие возникают экономические потери грузоперевозок, снижается безопасность движения по ВВП.

В известных системах автоматического управления судном управляющие сигналы, подаваемые на рулевой привод, формируются в зависимости от рассогласования текущих параметров движения и программных. Для получения программных параметров, определяющих положение судна, на навигационной карте прокладывается маршрут, определяются координаты поворотных точек маршрута (ПТМ).

Недостатком такого способа формирования программных параметров является сложность прокладки маршрута, отсутствие навигационных карт для большинства участков ВВП РФ.

Использование спутниковых навигационных систем (СНС) позволяет увеличить точность определения текущих координат судна, однако при определении координат с помощью СНС используется система координат WGS84, в то время как в навигационных картах используется система координат ПЗ-90. Таким образом, при перенесении координат ПТМ с навигационной карты в систему спутниковой навигации возможна ошибка до 45 м с вероятностью 95%, что для значительной части ВВП и некоторой части морей недопустимо. Кроме того, маршруты движения речных судов по ВВП требует значительного количества ПТМ и их расчет даже при наличии навигационных карт является очень трудоемкой процедурой.

Известно устройство для автоматической проводки судна, предназначенное для реализации управления движением морского судна, которое обеспечивает повышенную точность удержания судна при движении по заданной траектории, как при спокойном море, так и при сильном волнении моря. Авторулевой содержит датчики отклонения руля, угловой скорости, задатчик путевого угла, приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СПС), рулевой привод, блок оценки состояния и вычислительные устройства. Авторулевой для управления судном использует информацию о путевом угле и боковом сносе судна от приемоиндикатора СНС. (Устройство для управления движением судна, патент РФ 2150409, публ. 07.10.98, МПК 7 В 63 Н 25/00).

Недостатком выявленного в процессе патентного поиска аналога предлагаемого способа является отсутствие на участках разворотов заданной траектории, относительно которой определяется боковой снос судна, что не позволяет его использовать для сложного изрезанного фарватера реки.

Наиболее близким к предлагаемому является "Авторулевой судна" (заявка Японии 62-34597, публ. 28.07.87, МКИ В 63 Н 25/00), принятый в качестве прототипа, содержащий задатчик генерального курса, вырабатывающий сигнал отклонения от курса, схему, управляющую судном так, чтобы истинный курс судна совпадал с генеральным, навигационный прибор, определяющий положение судна на карте по сигналам от различных передающих пунктов, блок вычисления отклонения положения судна от расчетного положения на карте и схему, которая по выходным данным блока вычисления изменяет выходной сигнал задатчика генерального курса с целью уменьшения отклонения положения судна. Способ управления судном, реализующийся этим устройством, обеспечивает поддержание сигнала отклонения положения судна на уровне, не превышающем максимальную величину сигнала отклонения от курса, и позволяет стабилизировать боковое отклонение судна от заданной на карте траектории. Для этого используется информация о текущем и генеральном курсах судна, информация от навигационного прибора, определяющего текущее положение судна на карте, а управляющий сигнал на руль формируется так, чтобы истинный курс судна совпадал с генеральным, формируемым задатчиком, последний корректируется так, чтобы уменьшить отклонение текущего положения судна от расчетного на карте.

Недостатком прототипа является то, что определение текущих и программных координат судна производится в разных системах координат, и невозможность использования авторулевого для участков рек, для которых отсутствуют навигационные карты.

Таким образом, выявленный в результате патентного поиска наиболее близкий к предлагаемому способ автоматической проводки судна не позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении точности управления судном на речных фарватерах.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа автоматической проводки судна, осуществление которого позволяет достичь технический результат - повышение точности управления судном на речных фарватерах, в конечном итоге повышение безопасности движения экономичности перевозок.

Суть изобретения состоит в том, что в способе автоматической проводки судна, включающем измерение параметров движения судна от датчиков угла курса и угловой скорости, от датчика положения руля и навигационного прибора, определяющего текущее положение судна, их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласования и скорости судна, определяемой навигационным прибором, программные параметры движения, определяющие положение судна, получают путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора при эталонном проходе судна по заданному маршруту, при этом выделяют участки судового хода, которые в зависимости от ширины участка судового хода аппроксимируют прямыми линиями, для которых программные значения угла курса постоянные, и криволинейные участки, соединяющие прямолинейные, которые аппроксимируют дугами круга радиуса разворота и переходными участками, при этом программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с упрощенной моделью движения судна в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени.

В предлагаемом изобретении формирование программы, задающей положение судна, и определение текущих координат судна производятся в одной и той же системе координат, так как для формирования программы используется запись текущих координат, определяемых приемником сигналов СНС, расположенным на судне, при эталонном проходе судна по заданному маршруту. При обработке записанной информации в результате аппроксимации выделяют прямолинейные участки маршрута и формируют программную ось судового хода, на стыке прямолинейных участков определяют поворотные точки маршрута, относительно которых производится программный разворот (криволинейный участок). Криволинейный участок записанного эталонного маршрута аппроксимируется дугой определенного радиуса с примыкающими для плавности перехода переходными участками.

При формировании разворота по радиусу программные значения остальных параметров движения определяются на основании упрощенной модели движения судна.

Таким образом, на участке разворота формируют все программные параметры, определяют боковое отклонение текущих параметров от программных и формируют управляющий сигнал, подаваемый на рулевой привод, что обеспечивает движение судна по заданной криволинейной траектории. Для расширения возможностей данного способа автоматической проводки судна для расхождения, обгона и других маневров на прямолинейном участке программной оси судового хода предусмотрена возможность проведения маневра ввода смещения, т.е. переход на смещенную ось судового хода, параллельную программной и отстоящую от нее на заданное расстояние, также предусмотрен маневр возврата для обеспечения дальнейшего движения судна по программной оси судового хода.

Маневр смещения предполагает проведение разворота для ухода с программной оси судового хода, движение по прямолинейному участку для отхода от программной оси судового хода, разворот для выравнивания судна по оси судового хода, параллельной программной. Соответственно, маневр возврата также включает два разворота, обеспечивающих уход с оси судового хода, параллельной программной, и постановку судна на программную ось судового хода и прямолинейный участок между ними.

Предлагаемый способ может быть широко использован на речных судах для плавания по ВВП, а также для морских судов особенно в условиях сложных фарватеров и узкостей.

Проведенное моделирование, положительные результаты Межведомственных испытаний и ходовых испытаний на т/х "Владимир Маяковский" системы, реализующей предложенный способ, подтвердили получение заданной точности, качества управления и стабилизации речного судна на заданной траектории движения.

В соответствии с предлагаемым способом записано и обработано около 8000 км маршрутов (г.г. Пермь - Астрахань., г.г. Пермь - С.-Петербург - Москва и др. ) и успешно закончены ходовые испытания системы на т/х "Владимир Маяковский" по маршруту С. -Петербург - Москва (акт от 19.09.2000 о положительных результатах испытаний системы, подписанный зам. министра транспорта Н.Г.Смирновым).