Системы управления траекторией судна

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

Факультет радиоэлектроники

Кафедра радиотехники

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «РиЭНП»

По теме: «Системы управления траекторией судна»

Выполнил:

ст. гр. Р-51д Аверин С.С.

Проверил:

Афонин И.Л.

Севастополь 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Автоматические бесконтактные рулевые

2. Автоматизированная подсистема управления движением судна по курсу

2.1 Назначение и решаемые задачи

2.2 Типовые аналоговые авторулевые

2.3 Адаптивные рулевые

3. Судовые автоматизированные комплексы и системы навигации и управления движением

3.1 Навигационная система «Дата Бридж»

3.2 Комплексная автоматизация «судов будущего»

Выводы

Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

Система управления траекторией судна (авторулевой) -- прибор, предназначенный для автоматического управления судовым рулевым приводом и, следовательно, автоматически, без участия рулевого матроса, удерживающий судно на заданной траектории. Авторулевой также производит повороты и изменения курса на заданную величину. В соответствии с полученным от датчика авторулевого сигналом рулевой привод совершает перекладку руля на определенный угол в сторону, противоположную уходу судна с курса. Как только судно начнет возвращаться на заданный курс, авторулевой отведёт руль, затем, удерживая его, переложит руль в противоположную сторону. Основной режим работы авторулевого -- автоматический. Автоматический рулевой так же, как и приборы, работает от основного прибора гирокомпаса.

1. АвтоматическиЕ бесконтактныЕ рулевЫЕ

Обычно в нормальных условиях плавания судно рыскает вправо и влево на одно и то же число градусов. Но в других условиях плавания бывают случаи несимметричного рысканья. Так, в штормовую погоду при качке на волнении, когда судно постоянно рыскает в каждую сторону на разное число градусов, у авторулевого предусмотрена регулировка его чувствительности на изменение курса от рысканья. Подобная регулировка позволяет судну в штормовую погоду совершать небольшие отклонения от курса. Наиболее распространенный тип авторулевого, устанавливаемого на судах среднего и крупного тоннажа, -- автоматический бесконтактный рулевой (АБР). Основной прибор АБР -- пульт управления (рис. 1) -- устанавливается в рулевой рубке.

Рис. 1 -- Автоматический бесконтактный рулевой

Пульт управления содержит все основные элементы автоматического устройства и регулирования. На верхней крышке в центре пульта расположен репитер гирокомпаса -- 4 и аксиометр -- 5 заданного положения руля. Слева расположены переключатель видов управления -- 2 с двумя положениями «Автомат» и «Следящее» и рукоятка регулятора чувствительности -- 1, справа -- рукоятка регулятора тахометра -- 6. Кроме того, на крышке пульта находятся две сигнальные лампы -- 3, показывающие режим работы авторулевого. Спереди пульта имеется штурвал -- 7, предназначенный для перекладки руля при работе авторулевого в следящем режиме и для управления изменением курса при работе в режиме автоматического управления. автоматический управление судно курс

В комплект авторулевых типа АБР входят два выносных поста управления (ВПУ), которые устанавливаются на крыльях мостика. ВПУ дают возможность непосредственно с мостика осуществлять резкие повороты судна в случае необходимости. После прекращения действия ВПУ судно автоматически выходит на ранее заданный курс.

Автоматические рулевые имеют ряд преимуществ по сравнению с ручным управлением. Авторулевой обеспечивает более точное удержание на курсе в различных условиях плавания и уменьшает величину и число перекладок руля, что дает заметное сокращение пути. Авторулевые значительно облегчают труд матросов.

В последнее время на транспортных судах устанавливают авторулевые новых типов: АРМ-2 для малых и АТР для средне- и крупнотоннажных транспортных судов.

Все системы автоматического управления курсом судна, построенные на базе отечественных авторулевых АР, АТР, «Аист», работают в режиме стабилизации судна на заданном прямом курсе. По мере развития и совершенствования методов программированного плавания эти же авторулевые могут быть использованы для обеспечения работы систем автоматического управления курсом судна в режиме слежения, когда судно не только следует заданным прямым курсом, но и автоматически выходит в расчетное время на новый заданный курс, совершая переход с одного курса на другой с заданной угловой скоростью поворота.

Авторулевые АР, АТР предназначены для работы в комплексе с гирокомпасами типа «Курс» и гироазимут-компасами «Вега», а авторулевые «Аист» также и с гирокомпасами «Амур». Авторулевые АР, АТР и «Аист» устанавливаются на вновь строящихся судах. Они имеют комбинированный пульт управления, совмещающий схемы автоматического и штатного управления. Все приборы, входящие в комплект авторулевых, имеют постоянную готовность к работе и рассчитаны на непрерывную эксплуатацию в течение плавания любой продолжительности.

2. Автоматизированная подсистема управления движением судна по курсу

2.1 Назначение и решаемые задачи

Автоматизированная подсистема управления движением судна по курсу служит для выработки управляющих сигналов, обеспечивающих выполнения программы плавания. Эта программа помещается в памяти подсистемы. Маршрут перехода задается координатами точек поворота и величиной, определяющей точность плавания по нему, например ширину полосы движения. Указываются также вид плавания (в открытом море или в стесненных водах), ориентиры и средства для обсерваций, по информации которых будет производиться контроль за движением судна.

В подсистему управления движением входит судно как объект управления и устройство управления, которым может быть автоматизированная судовая навигационная подсистема, работающая в режиме управления, либо АСНП в комплексе с аналоговым или цифровым авторулевым. Авторулевые представляют собой регуляторы, осуществляющие стабилизацию курса и выполняющие поворот на задаваемый угол. Иногда (например, в НАК «Бирюза») устройство управления включает АСНП и оба вида авторулевых -- аналоговый и цифровой.

Характеризуя задачу управления движением судна по курсу, следует отметить, что при создании автоматических устройств управления выделяют два крайних: обобщенный и индивидуальный. При обобщенном подходе алгоритм управления и его параметры выбирают в известном смысле пригодными для всего множества условий работы системы управления. В результате отпадает необходимость подстраиваться к изменяющимся условиям эксплуатации. При индивидуальном подходе стремятся для каждой локальной ситуации выбрать наилучшую структуру и наилучшее значение параметров регулятора.

Высокая производительность микропроцессорной техники в сочетании с малыми габаритами и стоимостью позволяет придать системе управления движением судна такие качества, как адаптивность, повышенная точность и надежность, экономичность в расходе энергии.

2.2 Типовые аналоговые авторулевые

К основным техническим требованиям, предъявляемым к авторулевым, относятся следующие: они должны удерживать судно на с точностью 1є при скорости более 6 узлов независимо от условий плавания и загрузки судна. Средняя амплитуда рыскания по курсу в заданном интервале скоростей для состояния моря до 3 баллов должна быть в пределах -- 1є, до 6 баллов -- 2…3є, свыше 6 баллов -- 4…5є. Основной рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с одного борта на другой за время, не превышающие 28 с.

Авторулевые имеют обычно несколько режимов работы: ручной, следящий, автоматический.

Электромеханические авторулевые разрабатывались как автономные устройства управления, вследствие чего при решении задач автоматического плавания по маршруту они не в полной мере отвечают требованиям взаимодействия с автоматизированными судовыми навигационными подсистемами. Кроме того, они имеют и свои собственные недостатки, вот некоторые из них. Во-первых, это выработка частых неэффективных перекладок руля на волнении. Обычные авторулевые отвечают на любые отклонения от курса, что приводит на волнении к появлению частых перекладок руля, на которые судно не успевает нужным образом реагировать из-за своей большой инерционности. В результате происходит трата энергии на неэффективную работу рулевого привода и ускоряет его износ. Во-вторых, из-за ограничения настройки авторулевые на судах в большинстве случаев работают в неоптимальном режиме, что вызывает рост (по сравнению с качественным регулированием) сопротивления движению судна вследствие больших углов дрейфа, перекладок руля, торможения судна инерционного происхождения.

2.3 Адаптивные рулевые

Адаптивными называют авторулевые, которые самостоятельно меняют характер управляющих воздействий, приспосабливаясь к изменению внешних и внутренних условий работы системы для обеспечения высокого качества регулирования. Адаптивные системы разделяются на самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся.

Самонастраивающиеся системы -- системы с параметрической адаптацией. Оптимальный режим работы в них обеспечивается за счет изменения коэффициентов закона регулирования, сам алгоритм регулирования остается неизменным.

В самоорганизующихся системах адаптация производится за счет изменения как вида закона управления (структурной схемы регулятора), так и коэффициентов этих законов. Самоорганизующиеся системы называются еще системами со структурной адаптацией.

Самообучающиеся системы при обеспечении наилучшего качества управления совершенствуют свою структуру на основе опыта функционирования. Это наиболее сложные, но в тоже время гибкие автоматические системы. Самонастраивающиеся и самоорганизующиеся системы можно рассматривать как частный случай самообучающиеся систем.

3. Судовые автоматизированные комплексы и системы навигации и управления движением

3.1 Навигационная система «Дата Бридж»

Норвежская фирма «Норконтрол» выпускает автоматизированный комплекс управления судном, который состоит из двух независимых систем:

«Дата Бридж» (для автоматизации процессов судовождения и проведения грузовых операций);

«Дата Чиф» (для автоматизации энергомеханических систем и рефрижераторных установок)

Система «Дата Бридж» образуется из следующих подсистем:

Рис. 2 -- Структурная схема системы «Дата Бридж»

3.2. Комплексная автоматизация «судов будущего»

Бурное развитие средств и технологии микроинформатики создали необходимые условия для строительства автоматизированных судов второго поколения. Архитектура информационно-управляющей системы «судна будущего» представляет структуру взаимосвязей технических средств и программного обеспечения, соединенных в цепи между собой вычислительных машин.

Архитектурное построение системы базируется на следующих факторах:

1. Обеспечение надежности информационной системы. Оценка риска и возможностей повреждения системы приводит к необходимости выполнения ряда мероприятий и принципов:

— функциональная автономия средств информации;

— независимость и модульный принцип построения оборудования;

— избыточность информации и дублирование некоторых видов оборудования;

— обнаружение погрешностей в передаче информации;

— постоянный контроль состояния цепей и контуров системы;

— установление надежного и безопасного порядка работы системы на случай возможных отказов.

2. Локализация систем автоматизированной обработки информации. Системы располагаются в специальных защищенных помещениях.

3. Выбор определенного носителя для передачи информации на расстояние. Одними из этих носителей могут быть волоконно-оптические кабели, сохраняющие свои высокие характеристики в неблагоприятных условиях окружающей среды.

Разработка и оформление новых автоматизированных систем ведутся с учетом особенностей человека. Правильная организация труда судоводителей, продуманное взаимодействие их с системой автоматизации будет противодействовать вызывающему большие опасения притуплению внимания судоводителей в результате монотонности их трудовой деятельности в условиях высокоавтоматизированных систем.

ВЫВОДЫ

Автоматические системы управления траекторией судна имеют ряд преимуществ по сравнению с ручным управлением. Авторулевые обеспечивают более точное удержание траектории в различных условиях плавания и уменьшает величину и число перекладок руля, что дает заметное сокращение пути. Адаптивные рулевые имеют ряд преимуществ по сравнению с типовыми аналоговыми рулевыми, т.к. являются более сложными устройствами позволяющими снизить количество перекладок руля и снизить трату энергии на неэффективную работу рулевого привода и уменьшить его износ. Самыми лучшими адаптивными рулевыми являются рулевые с самообучающейся системой, которые при обеспечении наилучшего качества управления совершенствуют свою структуру на основе опыта функционирования. Это наиболее сложные, но в тоже время гибкие автоматические системы.

Перечень ссылок

Судовые автоматизированные системы навигации / Л.Л. Вагущенко, А.М. Стафеев; под. ред. Л.Л. Вагущенко. -- М.: Транспорт, 1989. -- 296 с.

Автоматизация судовождения / А.И. Радионов, А.Е. Сазонов; под. ред. А.И. Радионовa. -- М.: Трансопрт, 1992. -- 216 с.

Автоматизация промыслового судовождения / В.А. Орлов. -- М.: Агропромиздат, 1989. -- 220 с.

Размещено на Allbest.ru