Мехатронные системы на современных катерах и яхтах

Выполнил: Деменев  В.Г. 

Мехатронные системы на

современных катерах и яхтах.

      Использование электронного оборудования в оснащении  яхт и катеров в последнее  время дело обычное. В настоящее  время широко используются комплексные  мехатронные системы, которые выполняют всевозможные функции от автоматического удержания судна на заданной траектории и систем динамического позиционирования до аккустических

 

Создание  систем,  призванных  автоматизировать  процесс 

судовождения, позволяет повысить безопасность плавания в сложных 

навигационных  условиях,  а  также  заметно  улучшить  технико-

экономические показатели эксплуатации флота.

В  настоящее  время  такие  системы (авторулевые)  дают

возможность решать  задачи автоматического  управления судном на

заданной  прямолинейной  траектории  движения,  а  также  при 

маневрировании  на  основе  совместной  обработки  навигационной 

информации  о  местоположении  судна  и  параметрах  его  движения

относительно  Земли.

Как любая система  автоматического регулирования, авторулевой 

включает  в  себя  объект  управления 6 – корабль  и  регулятор  курса.

На  вход  датчика  курса – гирокомпаса 1 поступают 

сигналы, пропорциональные заданному кусу Xo и фактическому X. На

выходе  вырабатывается  сигнал  рассогласования,  равный

отклонению  действительного  курса  от  заданного.  Он  поступает  на

дифференциальный  элемент 2, сюда  же  подается  сигнал  обратной

связи 8 от  датчика  перекладки  руля.  Эти  сигналы  суммируются  и 

поступают  в  преобразующий  блок 3, приводящий  сигналы  разной

физической  природы к одному виду и масштабирующий их. Блок 4

усиливает  сигнал  с  преобразователя  и  подает  на  исполнительный

механизм 5 –  рулевую машину.

При появлении  отклонения от заданного курса на угол j  сельсин-

датчик  ССД  и  сельсин-приемник  ССП  рассогласовываются,  и

приходит  во  вращение  вал,  на  котором  установлены  датчики  угла

курса и угловой  скорости рыскания. Этот же вал можно  повернуть и 

вручную при  помощи штурвала Ш. Сигналы датчиков суммируются,

усиливаются  и  подаются  на  электромашинный  усилитель  ЭМУ.

Исполнительный  двигатель  ИД  активизирует  насос  переменной

производительности  НПП, в результате поршень силового цилиндра

СЦ воздействует на румпель судового руля. Одновременно начинает

вращаться  датчик  угла  перекладки  руля  Дd1,  сигнал  которого

подается  на  сумматор,  уменьшая  вырабатываемый  им  перво начальный сигнал.  Возникший момент  на  руле  заставляет  корабль

возвращаться  на  заданный  курс.  Далее  процесс  повторяется.

Корректировка  курса  осуществляется  штурвалом  Ш.  При  этом

устанавливается новое значение курсового угла, на который корабль 

выходит автоматически.

К  настоящему  времени  спроектированы  и  внедряются  в 

эксплуатацию  комплексные полностью автоматизированные системы 

управления  судном, не  требующие участия  человека. Так,  японская

система VPR-2000 позволяет вести судно по траектории, содержащей

40 точек поворота  и 20 различных значений курса.  Блок-схема такой 

системы изображена на рис.

 Структура систем динамического позиционирования 

      В  общем  случае  на  судно  действуют  ветер,  волнение моря  и  течение,  а  на  оборудование  забортом – подводное течение. Следовательно, выработка управляющих воздействий зависит от величиныи углов набегания волн, углов действия ветра и течения, а также от направления подводного течения.

      Система  динамического  позиционирования (система  ДП) – это многоконтурная  системауправления  активными средствами  удержания (стабилизирующими  движителями),  обеспечивающая

заданное положение  судна или его перемещение  по выбранной траектории при действии внешних сил, ввиде волнения моря, ветра и течения. В состав системы динамического позиционирования входят три

комплекса устройств: измерительный, информационно-командный  и движительно-рулевой (схема 1).

Успокоители качки

      Бортовая  качка ставит под угрозу остойчивость судна или, по меньшей мере, оказывает  на нее нежелательное воздействие.  Кроме того, бортовая качка отрицательно влияет на самочувствие людей на борту из-за ускорений, действующих в вертикальном направлении и непрерывно изменяющихся по величине. Рассмотрим два наиболее сложных типов успокоителей,

работающих  в  составе  бортовых  автоматизированных  систем

стабилизации  – активных  цистернах и бортовых управляемых рулях.

Бортовые цистерны 1 и 2 соединены в нижней части  каналом, а в 

верхней –  воздушным  трубопроводом.  Подача  воздуха  от

компрессора 3 регулируется  автоматическими клапанами 4 и 5 или 

управляемыми  вручную  клапанами 6 и 7. Автоматические клапаны 

открываются по сигналу от кренометра и с учетом величины и знака 

сигнала  датчика  угловой  скорости  постоянно  поддерживают

оптимальную задержку переливания жидкости в цистернах.

Более эффективно работает система, разработанная фирмой Браун,

в  которой  перетекание  жидкости  обеспечивается  работой  водяного

насоса..

Наиболее  распространенными  активными  гидродинамическими

успокоителями  качки  являются  бортовые  управляемые  рули,

представляющие  собой  крылья  малого  удлинения,  которые  при  их

обтекании на ходу судна создают стабилизирующий  момент.