Авторулевой «Корракс»

Основы  теории.

 
   Управляя судном, судоводитель  визуально или инструментально  определяет местоположение своего  судно относительно заданной  траектории движения. Заметив отклонение  судна от заданной траектории  движения, судоводитель перекладывает  руль своего судна своего судна  таким образом, чтобы вернуть  судно на эту заданную линию  пути. Величина перекладки руля  зависит от угла отклонения  судна заданного курса, угловой  скорости отклонения судна от  заданного курса и от величины  бокового смещения судна от  заданной траектории движения.  
Для того чтобы автоматизировать управление судном по заданной траектории. необходимо автоматически определять местоположение судна относительно линии заданного пути.  
Все существующие системы автоматического управления судном по курсу, независимо от конструкции отдельных звеньев, работают по принципу отклонения, т. е. в авторулевом непрерывно складываются фактические и заданные значения курса судна и вырабатывается сигнал управления, воздействующий через рулевую машину и руль на судно как объект управления.  
   Функциональная схема системы автоматического управления судном по курсу состоит из датчика, измеряющего угол отклонения судна от заданного курса, дифференцирующего устройства, интегрирующего устройства, усилитель по преобразовательного устройства, рулевой машины и судна как объект автоматического управления.  
   В схему системы входят также две внутренние обратные связи и внешняя обратная связь.  
Внутренняя обратная связь служит для обеспечения степени и пропорциональности угла перекладки руля углу отклонения судна от курса и характеризуется так называемым коэффициентом обратной связи (КОС), отношением угла отклонения судна от курса к углу перекладки руля.  
   В современных авторулевых КОС изменяется от 0,2 до 2,0, что соответствует углу перекладки руля от 5 до 0,5 градусов на каждый градус отклонения судна от заданного курса.  
   Вторая обратная внутренняя связь служат для предотвращения автоколебаний подвижных частей рулевой машины и может быть выполнена в виде демпфирующего контура или внутренних отрицательных обратных усилительно- преобразовательного устройства.  
   Внешняя обратная связь осуществляется через гирокомпас, который преобразует величину угла отклонения судна от курса в угол поворота сельсина- датчика курса, связанного с сельсином- приемником курса авторулевого. В некоторых конструкциях авторулевых для этой цепи использовался магнитный компас или индукционный датчик, регулирующие на изменение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.  
   На входе усилительно- преобразовательного звена стоит сумматор для алгебраического сложения пяти напряжений: U1 - пропорционального углу отклонения судна от курса; U2- пропорционального угловой скорости поворота судна; U3- пропорционального интегралу от угла отклонения судна от курса; U4- пропорционального углу отклонения рулевого органа от диаметральной плоскости судна; U5-пропорционального скорости перекладки рулевого органа.  
   Работает авторулевой следующим образом. Курс судна задается судоводителем. Отклонение судна от заданного курса под действием ветра, течения или других возмущающих сил будет замечен гирокомпасом и через сильсинную синхронную связь передано на сельсин- приемник авторулевого. Сельсин- приемник через механическую связь передаст величину этого отклонения на датчик, который вырабатывает напряжение U1 пропорциональное углу отклонения судна от курса.  
   Одновременно дифференцирующее устройство определяет скорость отклонения судна от курса и вырабатывает напряжения U2, синфазное с напряжением U1.  
   Сумма этих напряжений (U1+ U2) поступит на вход усилительно преобразовательного  
звена, и рулевая машина отклонит руль от диаметральной плоскости судна на величину, пропорциональную сумме этих напряжений. Пропорциональность обеспечивается уравновешиванием напряжений U1+U2 напряжениями U4 и U5. Судно прекратит дальнейшее отклонение от заданного курса (сигнал U2 в этот момент станет равным нулю) и начнет медленно возвращаться на заданный курс (сигнал U2 изменит фазу на обратную). Руль начнет приближаться к ДП судна и тем быстрее, чем быстрее судно будет возвращаться на заданный курс. Поскольку по мере приближения судна к заданному курсу сигнал U1 становится все меньше и меньше, то в некоторый момент руль перейдет в ДП и отклонится в сторону первоначального отклонения для прекращения вращательного движения судна. При правильно выставленных регуляторах авторулевого в момент, когда судно вернется на заданный курс, руль также придет в ДП. напряжения U1, U2, U3, U4 и U5 станут равными нулю и судно будет двигаться по заданному курсу до следующего отклонения, вызванного внешними возмущениями.  
   В случае если при отклонениях судна от заданного курса будет наблюдаться несимметричность рыскания, интегрирующее устройство выработает напряжение U3, пропорциональное этой несимметричности. Это напряжение сдвинет нуль руля с ДП и изменит средний курс судна таким образом, что бывшее ранее несимметричное рыскание относительно заданного курса станет симметричным.  
   При изменении курса судна или гидрометеорологических условий плавания интегрирующее устройство автоматически отреагирует на эти изменения и снова найдет для руля тот нуль, который превратит любое несимметричное рыскание в симметричное.  
   Для обеспечения оптимального автоматического управления судном по курсу, т. е. минимальных углов рыскания при заданном количестве перекладок руля в единицу времени, у судоводителя имеется два органа оперативного управления: ручка изменения КОС, позволяющая при, том же угле отклонения судна от курса на порядок изменять угол перекладки руля, и ручка сигнала производной. Чем больше сигнал производной - тем меньше будет углы рыскания, но злоупотреблять этим сигналом нельзя, так как при большом сигнале производной может резко возрасти количество перекладок руля, что недопустимо с точки зрения износа рулевой машины.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Авторулевой «Корракс». 

Общие замечания.

   Авторулевой  «Корракс» (разработка НПО «Аврора»,С-Петербург) относится к классу адаптивных авторулевых, устанавливается на судах с электрогидравлическими рулевыми машинами. Схема авторулевого по цифровым интерфейсам или аналоговым канала связи может сопрягаться с навигационными приборами, вырабатывающими информацию, необходимую для управления судном(гирокомпас, лаг, навигационный комплекс, успокоитель качки и др.),а также с судовыми вычислительными сетями типа Ethernet ,Arc,Net.

Функциональные  возможности авторулевого.

   Авторулевой  обеспечивает четыре режима работы  управления – «Автомат», «следящий», «Простой - дистанционный» и «Ручной».

   В автоматическом  режиме управления имеются пять  вариантов.

   В вариантах  управления «Точный», «Адаптивный»  и «Экономичный» могут быть  выбраны следующие режимы движения  судна: «Заданный курс»- автоматическое  удержание курса на заданном  курсе; »заданная траектория»» - осуществляется удержанием судна  на заданном курсе с учетом  дрейфа, если имеется информация  о параметрах движения судна  в географической системе координат;  «Маневрирование» - выполняется автоматический  выход судна на новый курс  по заданной программе; «Расхождение»  - обеспечивается автоматическое  расхождение со встречными судами.

   В режиме  «Следящий» курсоуказатель отклоняется от схемы авторулевого и судном управляет оператор (рулевой матрос) посредством штурвала. При этом обеспечивается индикация прогнозирования значения курса, на который выйдет судно если в данный момент времени начать  перекладку руля для сдерживания судна.

В режиме «простой - дистанционный» перекладка руля осуществляется при нажатии кнопок, обеспечивающих включение электрогидравлического прибора рулевой машины.

   Режим  управления «Ручной» является  аварийным. Управление рулем в  этом случае производят вручную  с использованием рукоятки ,находящейся непосредственно на электрогидравлическом приборе.

   Режимы  и варианты управления задают  на пульте управления.

   Включение  в работу рулевой машины можно  производить как с ПУ (дистанционное), так и с МПУ (местное).

   Схему  авторулевого обеспечивает следующие  режимы функционирования.

  Основные технические  характеристики.

   Авторулевой характеризуется следующими техническими данными:

Авторулевой “Аист”

 
Комплект приборов и основные  
технические данные.

 
   Авторулевой “Аист” предназначен  для установки на судах, имеющих  электрогидравлические рулевые  машины. Авторулевой подключается  к репитерной передаче гирокомпаса или дистанционного магнитного компаса.  
   В комплект авторулевого “Аист” входят следующие приборы: пульт управления (ПУ), пульт следящего управления (ПСУ), переключатель пультов (10-ПП), исполнительный механизм (ИМ-1 или М-2), рулевой датчик (РД). В комплект также входит набор запасных частей и приспособлений (ЗИП) и инструменты.  
   Пульт (ПУ) является основным прибором авторулевого. В нем разрешены электромеханические элементы, силовые трансформаторы, усилители и другие устройства, предназначенные для выработки сигналов управления. На лицевых панелях ПУ расположены основные органы управления. Прибор ПУ устанавливается в ходовой рубке. Он обеспечивает работу авторулевого в одном из трех видов управления: автоматическом, следящем, простом.  
   Пульт следящего управления (ПСУ) предназначен для управления судном только в двух режимах: следящем и простом. Прибор ПСУ устанавливается в ходовой рубке (при отсутствии в комплекте ПУ) или на верхнем мостике. По своей конструкции ПСУ аналогичен прибору ПУ, но в нем отсутствуют те элементы, которые предназначены для автоматического управления.  
   Переключатель пультов (10- ПП) обеспечивает переключение электрических цепей, если в комплектации авторулевого имеются два или более пульта управления (ПУ или ПСУ). Количество положений переключателей зависит от числа пультов.  
   Исполнительный механизм (ИМ) служит для управления электрогидравлической рулевой машиной (РМ). В зависимости от типа насоса рулевой машины применяется исполнительный механизм ИМ-1 или ИМ-2. Прибор ИМ устанавливается в румпельном отделении, на корпусе насоса.  
   Рулевой датчик (РД) содержит электромеханические элементы для выработки сигнала обратной связи в схеме авторулевого. Прибор РД устанавливается в румпельном отделении и имеет непосредственную механическую связь с баллером руля.  
   Помимо рассмотренных приборов, в комплект авторулевого “Аист” могут дополнительно входить: соединительный ящик (СЯ- 42), предназначенный для разветвления электрических частей, и станция электроэлементов (СЭ), которая содержит: ряд устройств, обеспечивающих работу схемы.  
   Авторулевой “Аист” характеризуется следующими техническими данными:  
1. При наличии в комплекте прибора ИП возможны четыре вида управления: автоматический, следящий, простой и ручной. Автоматический вариант управления обеспечивается сигналом от гирокомпаса или дистанционного магнитного компаса. В этом случае судно удерживается на заданном курсе без участия человека. В следящем режиме курсоуказатель отключается от схемы авторулевого и судно управляется с помощью штурвала. При переходе на простой (резервный) вид управления схема авторулевого не используется. Управление рулем производится с помощью двух клавишей, обеспечивающих включение исполнительного механизма рулевой машины.

2. Ручной вид  управления является аварийным.  Он применяется в случае отказа  всей схемы авторулевого. Управление  рулем производится в ручную посредством рукоятки, находящейся непосредственно на ИМ.  
3. Средняя величина рысканья в автоматическом режиме (при оптимальном положении регуляторов) составляет примерно 1 градус при волнении моря до 3 баллов и не превышает 3 градусов при волнении в 5 баллов. Когда волна выше 5 баллов, авторулевой обеспечивает надежное удержание судна на курсе, но величина рыскания при будет более 3 градусов.  
4. При любом управлении максимальный угол перекладки руля не превышает 35 градусов. Это обеспечивается электрическими ограничителями.  
5. Надежная работа электрической схемы авторулевого предусматривает, чтобы сопротивление изоляции было не менее 1 Мом.  

Принцип действия авторулевого.

 
   Авторулевой не является  самостоятельным прибором: его обязательно  подключают к гирокомпасу или  дистанционному магнитному компасу.  
   В ПУ имеется переключатель 1, с помощью которого можно установить один из трех видов управления: автоматический, следящий или простой.  
   В автоматическом режиме вырабатываются пять сигналов, обеспечивающих удержание судна на заданном курсе. В этом режиме схема авторулевого имеет связь с гирокомпасом или дистанционным магнитным компасом. Находясь под влиянием внешних возмущений (ветер, волна, течение и т. п.), судно отклоняется от заданного курса. Задача авторулевого заключается в том, чтобы выработать сигнал, передать его на рулевое устройство судна и обеспечить удержание судна на заданном курсе. При уходе судна с курса на угол α сельсин - приемник В2 передает вращение на сельсинтрансформатор ВЭ, на выходе которого формируется основной управляющий сигнал u₁=k₁α, пропорциональный углу отклонения судна от курса. Два других управляющих сигнала вырабатываются в блоке коррекции (БК). Эти сигналы вырабатываются на основе сигнала u₁ посредством дифференцирования (u₂=k₂ α’) и интегрирования (u₃= ) 
   Сумма сигналов u₁+u₂+u₃ подается на вход усилителя. Усиленный суммарный сигнал через переключатель S1.8 поступает на двигатель М1 исполнительного механизма. Двигатель М1 устанавливает определенное положение золотников рулевой машины (РМ) и обеспечивает перекладку руля на угол β. В зависимости от типа РМ в комплект авторулевого может входить исполнительный механизм ИМ-1 или ИМ-2. В приборе ИМ-1 выходной валик имеет вращательное движение на некоторый угол ε, а в приборе ИМ- 2 выходной валик совершает поступательное перемещение на величину l. Величина ε (l) определяет скорость перекладки руля, т. е. ε= k β’. С сельсина - трансформатора В5, механически связанного с двигателем М1, снимается сигнал обратной связи u₅=k₅ β’. Этот сигнал служит для уменьшения автоколебаний пера руля.