автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование начальной управляемости и авотулевых систем неустойчивых на курсе судов

На правах рукописи

ВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

ОН

КУРЯКОВ Ярослав Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НАЧАЛЬНОЙ УПРАВЛЯЕМОСТИ И АВТОРУЛЕВЫХ СИСТЕМ НЕУСТОЙЧИВЫХ НА КУРСЕ СУДОВ

Специальность 05.13.07 - автоматизация технологических процессов и производств (кораблестроение) (по техническим наукам)

Автореферат диссертации яа соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1998

Работа выполнена в Волжской государственной академии водного транспорта

Научный руководитель - академик Международной инженерной акад'емии, д.ф.-м. наук, профессор М.И.Фейгин

Научный консультант - доктор технических наук М.М.Чиркова.

Официальные оппоненты:

1.Доктор технических наук, профессор Е.Б.Шукков

2.кандидат технических наук, доцент В.А.Тихомиров

Ведущее предприятие АО СПК имени Алексеева

Защита состоится "_"_199 г. з _ часов в

аудитории _ на заседании специализированного

совета К.166.03.02. в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу : 603600, г.Н.Новгород, ул. Нестерова, 5.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью предприятия, просим направлять на имя ученого . секретаря

специализированного совета.

Ученый секрет диссертационного доцент, к.т.н.

Н.А.Пономарев

Газетная. Печ.л. /<? Цена договорная.

Офсетная печать. 199В г. Формат бумаги 60x84~ ная. Печ.л. /<? Тираж 100 Заказ У/Я договорная.

слог™ ,г т, ул.Нестерова, 5.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Флот является одним из наиболее распространенных видов транспортных средств. Поэтому многочисленные и разнообразные задачи повышения безопасности судовождения всегда актуальны. К сожалению, новые проблемы здесь обычно возникают в связи с расследованием причин происходящих аварий.

Выносимая на защиту работа в этом плане имеет иные истоки. Существование необычных, потенциально аварийных ситуаций в поведении судна было обнаружено М.И.Фейгиным и М.М.Чирковой при теоретическом исследовании его как существенно нелинейной системы с использованием современного аппарата качественной теории и теории бифурхации динамических систем.

. • После экспериментального подтверждения

обнаруженных нелинейных особенностей - временной потери управления к начальной неуправляемости, на кафедре информатики и автоматизации производственных процессов ВГАВТ были продолжены работы в этом направлении. Они включали в себя, как теоретические исследования, так и разработку конкретных, систем управления, в том числе интеллектуального авторулевого, который мог бы своевременно обнаруживать и подавлять потенциально аварийные ситуации.

Непрерывное повышение автоматизации

транспортного процесса невозможно без

предварительного изучения свойств объекта (в данном случае управляемости судов) и привода, отрабатывающего управление на объект,

сформированного автоматическим управляющим

устройством. Актуальность данной проблемы усугубляется тем, что из-за роста грузоподъемности

водного транспорта растет класс судов, неустойчивых на заданном курсе. Управление неустойчивыми на курсе судами требует частой перекладки руля. Поэтому, скорости движения таких судов (при одинаковых энергетических затратах) уменьшаются, а

энергопотребление увеличивается. Попытки улучшить устойчивость на заданном курсе путем изменения конструкции корпуса судна ухудшают другой важный динамический показатель - чувствительность к управляющему сигналу (послушность рулю)

Задача управления движением по курсу усложняется еще и тем, сигнал управления, вырабатываемый автоматическим управляющим устройством, поступает на привод, характеристики которого, как показал проведенный в работе анализ, не достаточно оптимальны.

Современное состояние компьютерной и электронной техники позволяет значительно расширить

функциональные возможности автоматических систем управления судном» На основе интегральных схем сейчас собираются устройства с гибкими алгоритмами. Данные устройства имеют достаточно ма^ыг размеры, низкое энергопотребление, проявляют высокую надежность и позволяют реализовать сложный адаптивный алгоритм управления, в которое псяаляется возможность учитывать особенности динамики оОъета управления (судна) и рулевого привода.

Таким образом, задача изучения динамических свойств с учетом характеристик привода, неустойчивых на' курсе судов для решения "вопросов повышения качества автоматического и ручного управления является актуальной.

В данной работе при проведении исследований динамики системы "судно - авторулевой" автор диссертации использовал результаты исследований:

Васина A.M., Войткунского Я.И., Р.Я.Першица, К.Номото, Васильева A.B., Фейгина М.И.,

Чирковой М.М., Преображенского A.B.

Цель и юдачи работы:

Главная цель работы заключается в дальнейшем изучении динамических сйойств неустойчивых на курсе судов и рулевого привода, отрабатывающего сформированное автоматом управление на объект, с целью разработки интеллектуального авторулевого, обеспечивающего высокие технико-экономические показатели качества различных режимов движения судна. Достижение поставленной цели включает в себя решение следующих задач:

1.Теоретический анализ динамики различных типов водоизмещающих судов.

2.Разработка методов оценки начальной неуправляемости объекта при различных начальных условиях.

3.Исследование особенностей динамики электроприводов и изучение влияния параметров привода на эти особенности.

4.Анализ влияния параметров комплекса "Привод-объект управления" на особенности его динамики.

5.Разработка требований к конструктивным параметрам привода для получения эффекта "сглаживания" нежелательных явлений в динамике судна.

6.Разработка структуры авторулевого на основе микропроцессорного контроллера "ОКТАГОН".

Научная новизна состоит в следующих, выносимых на защиту, положениях:

Разработан метод оценки явления начальной неуправляемости водоизмещающих судов, введены показатели начальной неуправляемости. Суть эффекта начальной неуправляемости заключается в тем, что при

з

приложении управляющего воздействия определенного знака, объект (судно) некоторое начальное срамя набирает скорость поворота <о знака противоположного знаку поданного воздействия.

Показано, что в пространстве параметров математической модели рулевой машины существуют области, при которых динамические характеристики привода имеют нежелательные особенности (эффект затягивания переходного процесса, эффект скрытых колебаний) .

- Показано, что выбором соотношения параметров комплекса "авторулевой - электропривод - судно" выявленные нежелательные эффекты могут быть сведены к минимуму.

- Разработаны требовании к структуре и составу системы автоматического управления движением судна на основе микропроцессора 6012.,'

Практическая з>1с,чи.\:оста у реализация реглчша'шз рв8иг,ш:

- Выявлены важные динамические свойства объекта управления, знание и учет которых в алхюритме управления позволяет повысить безопасность двихення судна.

Обнаружены и исследованы на мате^т!-ч-ос::'«! модели эффекты начальной неуправляемости, -.гж которых объект на некоторое время торкс,' спэео^ч-.о.^ к управлению, что может привести -к а&э&ж'.шах ситуациям* Предложены методы проектирование управляющих систем, позволяющие уменьшить влияние данного явления.

Определены условия при которых в рулевой машине возникают явления "скрытых" колебаний. Знание этих условий позволяет увеличить срок службы рулевых машин.

Материалы данной работы использованы т. разработке микропроцессорного комплекса управлени авторулевым.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры ИАПП Волжской Государственной академии водного транспорта, получили положительную оценку на IV конференции "Нелинейные колебания механических систем" и на XXIV Всероссийской конференции по управлению движением судов и подводных аппаратов

Публикации.

По результатам диссертационной работы опубликовано б печатных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Па спедчнии показана актуальность работы, дана ее краткая характеристика, сформулированы цель и основные задачи исследования, представлены основные результаты и приведено краткое содержание работы по главам.

Пепеая гласа посвящена исследованию явления начальной " неуправляемости неустойчивых на курсе судов. Для качественного определения явления зведены показатели начальной неуправляемости, позволявшие решить задачу разработки методов оценки начальной неуправляемости объекта.

Раздел 1.1 посвящен краткому обзору существующих характеристик движения судна по траектории; управляемость, поворотливость, устойчивость.

Проведено сравнение существующих динамических моделей судна , использующих в качестве координат состояния основные динамические параметры движения судна : курсовой угол - V, угловая скорость вращения

корпуса судна ш , угол дрейфа р, (модели К. Номото, Басина A.M., Першица Р.Я.).

В разделе 1.2 проведен сравнительный анализ движения различных судов на основе математической модели и введены показатели начальной неуправляемости.

При резком спаде или возникновении ветрового возмущения для удержания судна на заданном курсе возникает необходимость перекладки руля в определенную сторону. У водоизмещающих судов, неустойчивых на прямом курсе, управление которыми сопровождается изменением числа возможных стационарных режимов, при некоторых исходных характеристиках невозмущенного установившегося движения судна, возникает явление начальной неуправляемости.

Начальная неуправляемость динамической системы, в отличии от обычной неуправляемости, заключается в том, что в определенных ситуациях непосредственно после приложения управляющего воздействия нужного знака реакция основных координат состояния в течение конечного интервала времени противоположна ожидаемой. Описанное свойство существенно проявляется у неустойчивых на курсе судов. При задании перекладки руля угловая скорость - ю, курсовой угол - ч» и отклонение - у траектории ц-энтрг, тяжести судна от исходной прямолинейной трэектор:--и начинают изменяться в нужную сторону лишь по истечении некоторого времени (тсо. тц/, ту

соответственно). Возникает задача определения указанных показ?; гелей начальной неуправляемости, а также максимального отклонения траектории движения центра тяжести судна Умх в нежелательную, т.е. потенциально аварийную сторону

Уравнения движения судна в предположении постоянства скорости хода имеют вид (1.1)

С0+ Г. СО + Ч, Р+Я-ф + Й, 2 = 0,

(1.1)

р+ г2со + + Ьр|р| + ф + £ г = О,

X = СОЗ{\\! - Р) , У =5Ш(Ц1 - Р) ,

1Ф |<ФИ

Здесь - курсовой угол, р - угол дрейфа, м угловая скорость вращения судна вокруг вертикальной оси, х,у - координаты положения центра тяжести судна, ф - угол отклонения руля от диаметральной плоскости (полагаем |ф! < фм,фи=0. б) .

Для этого исследование характеристик

конкретных судов рассмотрено множество стационарных состояний (о, р, соответствующих различным значениям перекладки руля -фт, ф, фт в Сезветрии. Так известно, эти состояния соответствуют параметрам

установившейся циркуляции. По результатам анализа, методом машинного эксперимента, уравнений (1,1) построены графики в плоскости координат и,(3 рис.1.

Приведенные на рис.1 кривые представляют собой диаграммы управляемости, ' но изображенные не в виде привычных зависимостей о (<р), $(<?), а в виде проекций на фазовую плоскость е>,р. Это имеет существенное.преимущество, так как позволяет на той же плоскости изображать и переходные процессы, т.е. перейти от статических к динамическим

представлениям.

п

У устойчивого судна кривая диаграммы управляемости на фазовой плоскости монотонно приходит в точку конечного значения (о>*,р*) . У неустойчивого судна несколько иная картина. На ней имеется область значений Р0 , где фазовая траектория совершает "заброс" в область отрицательных значений о. Чем больше заброс, тем больше параметры начальной неуправляемости.

Анализ диаграмм начальной неуправляемости для различных типов судов показал, что величина параметров т<о, ту зависит от конструкции судна и от величины начальных значений Р,ш. При

значительных начальных Р0 начальная неуправляемость судна может возникнуть даже при максимальной перекладке руля.

В разделе 1.3 исследовано влияние начальной неуправляемости на судно с авторулевым. Для анализа поведения системы судно - авторулевой взята математическая модель авторулевого с

пропорционально - дифференциальным законом

управления.

0 (1.2) Т<р= - <р+ К + К2(0

где: К х-пропорциональный коэффициент, на серийных, авторулевых обычно равный 1, К 'г-коэффициет дифференциального звешз, Т- постоянная времени.

Для исследования динамики авторулевого найдена зона устойчивости системы в области параметров Кх-Кг-Т.

По устойчивым точкам исследована отработка курса авторулевым из ненулевых начальных условий и произведены расчеты начальной неуправляемости. Результаты расчетов показали, что для судов с авторулевым значения т©, ту, ту практически не зависят

от начальных условий, в отличии от ситуации без авторулевого. Из параметров авторулевого ощутимое влияние на динамику процесса, оказывает К1, его увеличение уменьшает время начальной неуправляемости и в тоже время приводит к расширению области неустойчивости.

В разделе 1.4 показана возможность подавления явления начальной неуправляемости.

В авторулевом сигнал управления формируется двумя слагаемыми, пропорциональными ошибке в курсе и угловой скорости. Для уменьшения времени начальной неуправляемости судна с авторулевым в математическую модель авторулевого введен блок обнаружения и управления нежелательным эффектом. Работа его заключается в том, что при возникновении явления автоматически увеличивается значение Кх до некоторого значения К*, подбираемого для конкретного судна. Система работавшая ранее в обычном режиме начинает быстро отрабатывать ошибку до полной се ликвидации. В других ситуациях авторулевой работает в штатном режиме, т.к. при длительном сохранении значения К1=К* система оказывается в зоне неустойчивости.

С помощью ЭВМ произведен анализ динамики судна с блоком обнаружения и подавления начальной неуправляемости. Анализ расчетов показал что, Введение указанного блока существенно снижает время начальной неуправляемости создавая лишь

кратковременный режим перегрузки рулевого привода.

Блок достаточно эффективно работает при малых значениях порога чувствительности и больших значениях коэффициента усиления в аварийном ретнме. Конкретные значения указанных коэффициентов следует устанавливать при настройке блока на судне.

Во второй главе проводится анализ динамических особенностей двух типов рулевых приводов-электрического и электрогидравлического, описываемых дифференциальными уравнениями.

Использование микроэвм в системах управления движением судна -по курсу обеспечивает высокие статико-динамические показатели качества процесса управления. Однако, следящий привод руля может ограничить некоторые показатели работы системы, например, быстродействие и точность вывода объекта в заданное положение, из-за присущих ему недостатков -наличие быстрых и медленных движений при отработке заданного угла поворота баллера руля и "скрытой" колебательности в переходном процессе. В данной главе исследована динамика приводов, рассмотрены причины появления нежелательных особенностей в их динамике и предложены способы улучшения характеристик привода.

В разделе 2.1 исследована динамика рулевых приводов. Попытки использовать нелинейные модели на начальных этапах исследований давали эффекты ненаблюдаемые при реальной работе приводов, поэтому для анализа указанных явлений автор воспользовался линейной математической моделью электрической

рулевой машины, параметры которой определена по результатам испытаний физического макета рулевого электропривода.

ооо оо (2.1;

щф-¥ а1<р+ 2ьф+ - а

Где:

а-заданный угол поворота

Ф - угол поворота баллера руля

конструктивные параметры привода

Для оценки коэффициентов математической модели(2.1) были использованы осциллограммы испытаний макета электропривода. Для различных моментов времени 1:,-, определен набор переменных <р (и), , , сРфМр?), необходимых для

получения системы (2.2), решая которую получим искомый набор оценочных значений коэффициентов а¡.

Япс!3 <р(г а 1 <р(+д.гс1(р{+й2<рп2>=а

, "с!2^/^2+в,1к(1<р{!п)/с11 +;л*<р(1П)=а 12.21

Оценочные значения а,- коэффициентов находятся как среднее по N выборкам. Адекватность найденной модели 'оценивалась по невязке б полученных на ЭВМ и экспериментальных осциллограмм.

Для анализа влияния параметров модели рулевой машины на динамические особенности необходимо перейти от абстрактных коэффициентов к реальным конструктивным параметрам привода. Для этого воспользуемся методом структурного моделирования. В этом случае модель рулевого привода (2.1) имеет вид: скр/ск = п

</л/Й = (-п + и^КлУТ*

(2.3)

¿и,ых/Ж = (-ивых+ (а-ф)КлхК)с)/ Т,с

К)С.Т)С - параметры усилителя,

Kdj.Tfe - параметры двигателя, Кдх-- коэффициент главной обратной связи, л- частота вращения электродвигателя, Utux- напряжение на выходе усилителя.

При переходе от вида (2.3) к виду (2.1) получим искомое соотношение между §ц и . параметрами модели(2.3): ао^ТуЛа.;а, =Тк»То,; а2= 1 ;а3= К.^К^Кд, .

Для модели (2.1) в пространстве параметров К^-Кгое-Т«)» найдена методом Раусса-Гурвица область устойчивости , в которой машинным моделированием проанализированы возможные виды переходных процессов в ней.

В разделе 2.2 для сравнения проведена оценка динамики электрогидравлического привода, структурная схема которого отличается от схемы электрической рулевой машины местной обратной связью, охватывающей электрическую часть машины. Для анализа динамики, используя принцип структурного моделирования, составлена математическая модель в виде линейного дифференциального уравнения третьего порядка относительно выходной переменной ср.

Тy^q/df+cfq/di2+KMOtKy:Kbd<p/di +КгосК,с Kiac К& <р=а (2.4)

Аналогично в пространстве параметров Киос-К^-К^ найдена область устойчивости системы и показаны возможные виды переходных процессов внутри области устойчивости (рис,2).

Исследовано влияние параметров обратных связей на качество переходного процесса. Для анализа влияния на динамику системы были найдены корни характеристического уравнения: Pi - Z; Р2,э ~ X ± /У

Анализ корней найденных методом Бэрстоу-Хичкока в плоскости коэффициентов К.К« показал, что при некоторых сочетаниях коэффициентов характеристи-

ческого полинома и при выполнении условия

устойчивости Яе (Р2,з)<0, Ие(Р1)<О, возможна ситуация когда

\11е(Рз.э) I » I Ке СР^ | и КеР2=атР2/2 (2.5)

т.е. колебательная составляющая (е ¿ту!) , быстро

затухает, а дальнейшее развитие переходного процесса

- п

медленно затухающей составляющей е .

В этом случае в переходном процессе наблюдается явление медленных и быстрых движений. Происходит быстрое начало развития процесса и затягивание его окончания. В случае рулевой машины это означает, что при отработке заданной авторулевым перекладки, руль быстро отрабатывает часть заданной величины, в дальнейшем процесс отработки затягивается на время в 5-10 раз большее, чем время начального участка.

Это явление затягивает переходные процессы в рулевом приводе и ухудшает работу, авторулевого.

В разделе 2.3 проведен анализ динамики привода электрогидравлической машины по виду переходных процессов в производных от основной координаты ф.

Машинным моделированием найдена область в плоскости параметров коэффициентов обратных связей Кл»с-Кл«к:» при которой переходные процессы имеют скрытый колебательный характер, т.е. при отсутствии явных колебаний в выходной координате <р, наблюдается сильное колебание в её производных, причем появление медленные движения являются частным случаем этого эффекта. Явление "скрытой" колебательности означает появление сильных скрытых инерционных моментов, оно этрицательно сказывается на уровне надежности привода по условиям прочности и уменьшает срок эксплуатации рулевой машины.

В разделе 2.4 анализируются причины различий динамики электрического и гидравлического приводов.

Исследование показало, что переходные процессы со "скрытой" колебательностью и медленными движениями возникают только в математической модели электрогидравлической рулевой машины. Проведем сравнительный анализ характеристических уравнений электрического (2.6) и электрогидравлинеского (2.7) приводов в виде:

р+ К^КкКа.=0 (2.6)

Тур'+р2 + К^К^К^ К* =0 (2.7)

1

Анализ показал что, на появление "скрытых" колебаний, и как частный случай их, медленные движения, влияет соотношение коэффициентов ах и а2. Найденное условие возникновения нежелательных эффектов имеет вид:

а2>1; а;-1 (2.8)

В . характеристическом уравнении модели электрического привода из-за его структуры а;=1, поэтому соотношение (2.8) не выполняется. Для характеристического уравнения электрогидравлической машины (2.7) условие (2.8) при некоторых соотношениях К«*, К*«, может выполнятся.

Таким образом, введение местной обратной связи способствует возникновению нежелательных эффектов в рулевом приводе.

Анализ математической модели рулевой машины показал возможность ослабления нежелательных эффектов в переходных процессах, с помощью настройки параметров обратных связей в электрогидравлическом рулевом приводе. Устанавливая определенные значения коэффициентов обратных связей, можно добиться оптимального переходного процесса.

П третьей главе проводится анализ и изучение динамических особенностей системы состоящей из неустойчивого на курсе судна и рулевого привода.

Для исследования системы "судно-рулевой привод" воспользуемся методом структурного моделирования. Система уравнений описывающих судно и электрогидравлическую рулевую машину имеет вид:

с/юЛЛ + г, о + я, р + 5|<р = О,

¿/М + г2со + я2Р + Ьр|р| + ф = О,

с/<р/Ж = п К,..лс

(1п/с1{ = ивых Ко,,

с1 ивых/с1( = - \ivJYyc + (а -1Сос ф - КЛЮС п)/Тус

Машинным моделированием исследована динамка модели 4.1 для разных типов судов, различных параметров привода и для различных начальных значений координат судна (со,р). Интерес представляет судно с наихудшими и с наилучшими характеристиками. У судна не подверженного начальной неуправляемости ("Волгонефть") с наилучшими характеристиками привода переходные процессы почти идеальны. Наоборот, для судна, неустойчивого на курсе ("Профессор Ухов"), с затянутыми переходными процессами в приводе руля, показатели явления начальной неуправляемости недопустимо велики.

Введение в математическую модель судна рулевого привода с дефектом затянутости ухудшает расчетные показатели начальной неуправляемости почти в два раза в отличие для судна с нормальным приводом.

И четвертой главе рассматривается возможность разработки блока обнаружения и подавления начальной

неуправляемости и практической реализации его в авторулевом на основе' одноплатной микроэвм типа Micro-PC фирмы "Октагон".

В разделе 4.1 дается описание алгоритма управления. Программа управления движения судна состоит из нескольких подпрограмм.. В основной программе происходит периодический опрос пульта управления, для определения режима работы авторулевого: «ручной», «обучение», «автомат-поворот» и « автомат-стабилизация». После оценки состояния пульта управления головная программа выбирает необходимую подпрограмму отработки заданного режима.

Как рассматривалось выше, речное судно при движении по курсу представляет собой неустойчивый объект, стремящийся уйти на правую или левую циркуляцию. Алгоритм управления построен таким образом чтобы учесть эту особенность и не допустить возникновения угловых скоростей, которые могут превышать некоторое критическое значение.

Стандартный алгоритм управления выполняет следующие базовые функции:

-поиск нейтрального положения руля, при котором судно достаточно долго не сходит с заданного курса,

-анализ текущей ситуации, при отсутствии управления, и при необходимости принятие решения о перекладке руля,

-анализ реакции судна на перекладку, и в случае необходимости увеличение перекладки, уменьшение или возврат в исходное положение,

-анализ текущей ситуации при наличии управляющего сигнала и по необходимости снятия его для сдерживания судна.

Кроме этого алгоритм управления обеспечивает: -усреднение показаний ДУС,

I г

-формирование величины отклонения судна от курса по сигналу с сельсина гирокомпаса,

-определение положения отклонения руля по сигналу с рулевого указателя,

-определение величины отклонения от . курса интегрированием о> и при наличии гирокомпаса внесения поправки к .панной величине,

-ввод информации с пульта управления. В разделе 4.2 дается описание программного блока обнаружения и подавления начальной неуправляемости и приведены 'требования к современному авторулевому. Для1 повышения эффективности эксплуатации управлением курсе».! судна необходим интеллектуальный авторулезой с ситуационным алгоритмом управления„ Ситуационный алгоритм относится к разряду логических алгоритмов. Решения авторулевого на основе этого алгоритма сопоставимы с теми, которые принимает опытный судоводитель. Авторулевой вырабатыпает управляющие воздействия с учетом быстро меняющихся воздействий на судно и оказывается работоспособным п сложных услоэиях плавания.

Одним из нештатных проявлений в динамике судна является явление начальной неуправляемости. Эта ситуация отрабатывается блоком обнаружения и подавления начальной неуправляемости. Работа его заключается в том, что авторулевой, постоянно анализируя сигналы поступающие с датчика угловой скорости (валичина-са) и сельсина отклонения руля (величина- сравнивает знак произведения

приращения данных величин. Если Д«рДэ>0то отрабатывается штатная ситуация. В случае, если произведение отрицательно по знаку, т.е, руль отклоняется в одну сторону, а судно в другую, с.--горулевой выходит на подпрограмму . отработки аварийной ситуации начального неуправления.

В разделе 4.3 описана аппаратная реализация авторулевого. Авторулевой может работать со следящим рулевым - приводом и с рулевой машиной, управляемой релейно-контакторной системой. В следящем режиме в авторулевой вводятся сигналы с сельсина рулевого указателя и датчика угловой скорости, а также предусмотрена возможность ввода сигналов с принимающего сельсина гирокомпаса для коррекции отклонения от заданного направления и реагирования на явление начальной неуправляемости.

В состав авторулевого входят: процессор, блок питания, плата ФЧВ, плата ЦАП.

В качестве процессора в авторулевом применяется микропроцессор типа 6012 серии Micro-PC "Октагон

Вышеописанные аппаратные решения реализованы в лабораторном образце авторулевого и апробированы в натурных условиях. Плата ФЧП по принципиальной схеме идентична использованной в лабораторном образце, плата ЦАП является частью платы АЦП-ЦАП заводского производства.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Проведен анализ имеющихся математических моделей использующих в качестве координат состояния основные динамические ■ параметры движения судна: угловая скорость ю, угол дрейфа Р, курсовой угол V (модели Номото, Васина, Першица).

2. Обнаружены и исследованы на математической модели явления начальной неуправляемости, для оценки данного явления введены показатели начальной неуправляемости.

3. Исследована динамика неустойчивого на курсе судна с авторулевым, рассмотрены возможности подавления начальной неуправляемости. Предложены

методы проектирования управляющих систем, позволяющие уменьшить влияние данного явления.

4.Исследована динамика рулевого привода и определены условия при которых в рулевой машине возникает явление «скрытых» колебаний, и как составная часть его - явление быстрых и медленных движений.

5. Проведен анализ и изучение динамических особенностей системы состоящей из неустойчивого на курсе судна и рулевого привода.

6. Совместно с кафедрой ИАПП разработана структура и алгоритм интеллектуального авторулевого, позволяющего своевременно обнаруживать и подавлять потенциально аварийные ситуации.

Основное содержание работы опубликовано в следующих работах автора:

Куряков Я.А., Фейгин М.И. Сравнительная оценка начальной неуправляемости водоизмещающих судов. Тр/ВГАВТ 1995 В 271.

Куряков Я.А., Фейгин М.И. Исследование начальной неуправляемости судов с авторулевым. Тр/ВГАВТ 1995 В.272 с. 80-84.

Куряков Я.А., Фейгин М.И. Исследование математической модели авторулевого с блоком обнаружения и подавления начальной неуправляемости. Тр/ВГАВТ 1997г. В.273 с.79-83.

Куряков. Я. А. Идентификация параметров математической модели рулевой машины. Тр/ВГАВТ 1997г. В.273 с.83-87.

Куряков Я. А. Анализ динамики судовых рулевых систем. Сборник трудов XXIV Всеросийской конференции по управлению движением судов и подводных аппаратов. Препринт, ИПУ РАН Москва 1997.

Курякоа Я.А., Фейгин М.И. Некоторые проблемы начальной неуправляемости водоизмещающего судна. Тезисы IV конференции "Нелинейные колебания механических систем". Н.Новгород, 1996 г.

Л

РИС.1. Диаграммы управляемости судна в виде проекции на фазнуаз плоскость. (иа"~ устойчивое судно, "би - судно с эффектом начальной неуправляемости)

РИС.2. Область устойчивости в пространстве параметров эл.гидравлической рулевой ыакины.