способ управления сближением корабля с подвижной целью

Формула изобретения

Способ управления сближением корабля с подвижной целью, использующий задатчик путевого угла (ПУ_зд.), приемник спутниковой навигационной системы (СНС), датчик руля, рулевой привод и сумматор, на вход которого вводят сигналы:

- заданного путевого угла (ПУ_зд.) - из задатчика путевого угла (ПУ _зд.),

- путевого угла (ПУ) - из приемника спутниковой навигационной системы,

- угла перекладки руля ( ) - из датчика руля, сигнал с выхода сумматора вводят на вход рулевого привода, отличающийся тем, что используют блок формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц), вычислитель коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд.) и формирователь пеленга ( ) и расстояния до цели (L_к-ц), в котором получают сигнал пеленга от корабля до цели ( _к-ц) и сигнал расстояния корабль-цель (L _к-ц), на первый вход блока формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц) вводят сигналы _к-ц и L_к-ц из формирователя пеленга ( ) и расстояния до цели (L_к-ц), а на второй вход вводят сигналы широты и долготы корабля из приемника спутниковой навигационной системы, на вход вычислителя коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд.) вводят сигналы:

- путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц ) из блока формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц),

- скорости корабля (V_к.) - из приемника спутниковой навигационной системы,

- пеленга от корабля до цели ( _к-ц) из блока формирования пеленга ( ) и расстояния до цели (L_к-ц),

сигнал коррекции заданного путевого угла - ПУ_зд. из вычислителя коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд.) вводят на вход сумматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судовождения - управлению движением корабля по заданному направлению с использованием приемника спутниковой навигационной системы и локатора, определяющего параметры движения цели.

Известен способ автоматического управления движением судна по заданному путевому углу, реализованный в «Системе автоматического управления движением судна» (патент RU 2240953 C1, 27.11.2004). Способ управления направлением движения судна основан на использовании информации от приемника спутниковой навигационной системы, блока заданного значения путевого угла и сумматора, в котором по сигналам текущего путевого угла, заданного путевого угла и угловой скорости судна формируется сигнал для управления рулевым приводом судна.

Известен также способ автоматического управления движением судна (патент RU 2292289 C1, 27.01.2007, принятый в качестве прототипа), в котором автоматическое управление направлением движения судна осуществляется с использованием: сумматора, рулевого привода, блока датчика руля, приемника спутниковой навигационной системы, задатчика точек поворота судна и блока заданного маршрута. Отличительной особенностью рассматриваемого способа управления движением судна является корректировка заданного значения путевого угла в процессе плавания из точки А в точку Б, затем В по заданному маршруту.

Использование этого способа гарантирует выход судна в очередную заданную точку изменения направления движения даже при сильном волнении на море. Однако автоматизировать процесс управления кораблем при сближении с подвижной целью с использованием известных способов автоматического управления направлением движения судна нельзя, т.к. в блоке заданного маршрута отсутствует специальный задатчик путевого угла и связанная с ним подсистема формирования параметров движения цели.

Техническим результатом способа автоматического управления сближением корабля с подвижной целью является:

- формирование автоматического управления рулевым приводом при сближении корабля с подвижной целью по прямой «волчьей погони»,

- минимизация времени сближения корабля с подвижной целью,

- определение на будущей траектории движения цели точки стыковки корабля с подвижной целью, позволяющей оптимизировать процесс сближения.

Технический результат достигается тем, что способ управления сближением корабля с подвижной целью использует задатчик путевого угла (ПУ_зд), приемник спутниковой навигационной системы (СНС), датчик руля, рулевой привод и сумматор, на вход которого вводят сигналы:

- заданного путевого угла - ПУ_зд - из задатчика путевого угла (ПУ_зд),

- путевого угла - ПУ - из приемника спутниковой навигационной системы,

- угла перекладки руля ( ) - из датчика руля, сигнал с выхода сумматора вводят на вход рулевого привода, при этом используют блок формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц), вычислитель коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд) и формирователь пеленга ( ) и расстояния до цели (L_к-ц), в котором получают сигнал пеленга от корабля до цели - _к-ц и сигнал расстояния корабль-цель - L _к-ц, на первый вход блока формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц) вводят сигналы - _к-ц и - L_к-ц из формирователя пеленга ( ) и расстояния до цели (L_к-ц), а на второй вход вводят сигналы широты и долготы корабля из приемника спутниковой навигационной системы, на вход вычислителя коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд) вводят сигналы:

- путевого угла цели - ПУ_ц и скорости движения цели - V_ц - из блока формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц),

- скорости корабля - V_к - из приемника спутниковой навигационной системы,

- пеленга от корабля до цели - _к-ц из и блока формирования пеленга (<p) и расстояния до цели (L_к-ц), сигнал коррекции заданного путевого угла - ПУ_зд,

- из вычислителя коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд) вводят на вход сумматора.

Технический результат достигается тем, что формируют сигналы для создания способа автоматического управления сближением корабля с подвижной целью:

- коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд),

- угла пеленга (азимута) ( _к-ц),

- расстояния от корабля до подвижной цели (L_к-ц),

- путевого угла цели (ПУ_цели),

- скорости движения цели (V_цели),

- скорости движения корабля (V_кор).

Предлагаемый способ управления базируется на применении типового способа автоматического управления движением корабля с использованием:

- приемника спутниковой навигационной системы (СНС),

- задатчика путевого угла,

- сумматора,

- рулевого привода,

- датчика руля.

При формировании закона автоматического управления движением корабля используются сигналы:

- путевого угла (ПУ) и угловой скорости корабля ( ) - из приемника СНС,

- заданного путевого угла (ПУ_зд) - из задатчика путевого угла,

- угла перекладки руля ( ) - от датчика руля.

Все четыре сигнала вводят на вход сумматора, на выходе которого формируется сигнал управления рулевым приводом при движении по заданному направлению (ПУ_зд):

где

_зд - заданное значение угла перекладки руля.

Для формирования закона сближения корабля с подвижной целью в способе управления типовой закон управления движением корабля вида (1) дополняется и имеет вид:

где: ПУ_зд - сигнал заданного путевого угла (последний совпадает по направлению с пеленгом (азимутом) на цель ( _к-ц)),

ПУ_зд - сигнал коррекции заданного путевого угла.

Использование закона управления движением корабля вида (1а) при ПУ_зд=0 позволяет осуществить автоматическое управление сближением корабля с целью по кривой «собачьей погони»:

где ПУ_зд - путевой угол корабля,

_к-ц - угол пеленга (азимута) корабль-цель.

При | ПУ_зд|>0 использование закона управления движением корабля вида (1а), позволяет осуществить сближение корабля с целью по прямой «волчьей погони».

На фиг.1 приведен корабль и подвижная цель с двумя возможными линиями сближения:

- по кривой «собачьей погони» (линия с изломами, касательная к кривой, всегда исходит из центра масс корабля и направлена на текущее положение цели, совпадает с направлением заданного путевого угла (ПУ_зд), равного углу азимута ( _к-ц)),

- по прямой «волчьей погони».

Прямая «волчьей погони» исходит из первоначального положения корабля и пересекает траекторию движения цели в точке будущего одновременного (по времени) нахождения корабля и цели в процессе сближения. Прямая совпадает с направлением движения корабля - путевым углом корабля при сближении ПУ _{корабля}=ПУ_зд+ ПУ_зд.

Для формирования процесса сближения корабля (близкого к минимальному по времени) по прямой «волчьей погони» за подвижной целью следует формировать сигнал (| ПУ_зд|>0). С этой целью используем:

- вычислитель коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд),

- формирователь:

а) расстояния между кораблем и подвижной целью (L_к-ц ),

б) угла пеленга корабль-цель ( _к-ц),

- блок формирования:

а) путевого угла цели (ПУ_ц),

б) скорости движения цели (V_ц).

Величина сигнала коррекции путевого угла корабля ( ПУ_зд) (для формирования направления движения корабля по прямой при сближении с целью) является функцией двух переменных:

где _ц.к - угол пеленга от подвижной цели к кораблю, V=V_кор/V_цель.

В соответствии с зависимостью (3) сигнал коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд) формируется в вычислителе с использованием сигналов:

- путевого угла цели (ПУ_ц ) и скорости цели (V_ц) - из блока формирования путевого угла цели и скорости хода цели,

- скорости корабля (V_к) - из приемника СНС,

- угла пеленга корабль-цель ( _к-ц) (совпадающего с направлением путевого угла корабля в первоначальном состоянии схождения (ПУ_зд ).

В вычислителе формируется библиотека набора возможных сигналов коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд)_i в функции двух переменных: _ц-к, V (или набора функций одной переменной ПУ_зд i=f( V) для набора областей различных значений угла пеленга подвижная цель-корабль ( _{цель-корабль}). Библиотека с набором сигналов коррекции заданного путевого угла {( ПУ_зд)_i=f( _ц.к.i, V_i)} создается путем моделирования возможных процессов сближения корабля с подвижной целью по прямой «волчьей погони» и вводится в вычислитель. Выбор конкретного сигнала коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд)_i из библиотеки набора сигналов производят по текущим значениям: _ц-к.i, V_i перед началом процесса сближения с конкретной подвижной целью. Сигнал коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд)_i для конкретного данного случая сближения корабля с целью вводят на вход сумматора, на выходе которого формируется закон автоматического управления кораблем в режиме сближения с целью (1а) по прямой «волчьей погони».

Рассмотрим возможный вариант устройства, реализующего предложенный способ сближения корабля с подвижной целью.

На фиг.2 приведена блок-схема устройства автоматического управления сближением корабля с подвижной целью.

Устройство содержит задатчик 1 путевого угла ПУ_зд, приемник 2 спутниковой навигационной системы (СНС), датчик 3 руля, сумматор 4, рулевой привод 5, объект управления 6 - корабль, формирователь 7 пеленга ( ) и расстояния до цели (L_к-ц), блок 8 формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости цели (V_ц ), вычислитель 9 коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд).

Все связи между блоками устройства приведены на чертежах. Реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с использованием микросхем типа 140 УД 6 (сумматор 4, формирователь 7 пеленга и расстояния до цели, блок 8 формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости цели (V_ц) и вычислитель 9 коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд). Блок выработки угловой скорости, датчик угловой скорости - типовой «ДУС»-5 с чувствительностью не ниже 0,05 гр/с). Штатные корабельные системы: приемник СНС-2, рулевой привод 5.

Автоматическое управление движением корабля осуществляется в соответствии с величиной заданного путевого угла (ПУ_зд), который устанавливается в задатчике 1 путевого угла равным азимуту на цель. Для формирования закона управления по путевому углу также используют:

- приемник спутниковой навигации СНС-2, в котором формируют текущий путевой угол корабля (ПУ) и угловую скорость ( ),

- датчик руля 3, на выходе которого вырабатывается угол перекладки руля ( ),

- сумматор 4, на вход которого подключены выходы трех перечисленных выше блоков. В этом случае на выходе сумматора 4 будет формироваться закон управления рулевым приводом 5 в соответствии с зависимостью (1). Режим сближения корабля с подвижной целью начинается с определения пеленга (азимута) на цель ( _к-ц) и расстояния до цели (L_к-ц) в формирователе 7 пеленга ( _к-ц) и расстояния (L_к-ц) до цели. Оба сигнала поступают на вход блока 8 формирования путевого угла цели (ПУ_ц) и скорости движения цели (V_ц ), на вход которого также поступают сигналы текущей широты и долготы корабля из приемника СНС-2.

Выходные сигналы из:

- блока 8: ПУ_ц и V_ц,

- формирователя 7: _к-ц,

- приемника СНС-2: V _к (скорости хода корабля),

вводятся на вход вычислителя 9 для выбора из библиотеки сигналов коррекции заданного путевого угла ( ПУ_зд), конкретного значения ПУ_{зд i} в соответствии с текущими сигналами: V=V_кi/V_ц, и _{цель-, кор i} (угла пеленга на корабль из подвижной цели). Выход вычислителя 9 подключен к входу сумматора 4. Таким образом, на выходе сумматора 4 формируется закон управления сближением:

и обеспечивается сближение корабля с целью по прямой «волчьей погони».