3. Авторулевой типа аист

Основные сведения

Авторулевой типа АИСТ предназначен для управления гидравлическими рулевыми машинами типизированного ряда.

Эти авторулевые имеют буквенно-цифровое обозначение, состоящее из букв АИСТ и последующих трёх цифр, например: АИСТ1-10.

Цифры после букв обозначают следующее:

1. первая – тип насоса рулевой машины ( 1 – насос постоянной подачи, 2 – переменной подачи );

2. вторая – число пультов управления ПУ;

3. третья - число пультов следящего управления ПСУ.

Отличие между ПУ и ПСУ следующее.

ПУ предусматривает 3 вида управления рулевым приводом – автоматиче-

ское, простое и следящее, ПУ – только следящее.

Место установки ПУ – мостик или рулевая рубка, ПCУ – навигационная палуба ( выше палубы мостика ).

Кроме того, после цифр ставятся буквы, которые обозначают:

А – в систему входят узлы сопряжения с аппаратурой программного управ-

ления;

Д – система включает две рулевые машины;

П – пульты выполнены в виде части главного общесудового пульта управления;

Т – приборы изготовлены в тропическом исполнении.

Таким образом, обозначение АИСТ1-10 означает следующее: авторулевой,

предназначенный для работы с рулевыми машинами типизированного ряда, руле-

вая машина с насосом постоянной подачи, пульт управления –1, пульт следящего управления – отсутствует.

Рис. 291. Пульт управления и схема соединений авторулевого типа АИСТ:

1 – указатель курса ( репитер гирокомпаса );

2 – указатель положения пера руля ( рулевой аксиометр );

3 – гнездо для согласования курса;

4 – лампа сигнальная «Автомат»;

5 – ручка переключения КОС со шкалой;

6 – клавиша нажимная «Право руля»;

7 - штурвал;

8 – ручка для фиксации штурвала;

9 – регулятор яркости накала ламп сигнализации;

10 – переключатель сигнализации ухода судна с курса;

11 – переключатель «Пуск насоса левого борта»;

12 – кнопка снятия сигнала ревуна при перегрузке насосов;

13 – средняя крышка пульта ( на петлях );

14 – лючок для доступа к предохранителям;

15 - нижняя крышка пульта ( на петлях ), для доступа к отходящим кабелям;

16 - переключатель «Пуск насоса правого борта»;

17 - регулятор яркости накала ламп подсветки шкал указателей курса и руля;

18 – переключатель чувствительности «Грубо- точно»

19 – клавиша нажимная «Лево руля»;

20 – ручка регулятора сигнала тахогенератора ( производной );

21- лампы сигнальные «Следящее управление», «Простое управление»;

22 - верхняя крышка пульта ( на петлях );

23 - переключатель видов управления.

На рисунке 291 обозначены:

1. ПУ – пульт управления, на ходовом мостике;

2. 1ИМ, 2ИМ – исполнительные механизмы, по одному на каждую рулевую маши

ну; находятся в румпельном отделении;

3. РД – рулевой датчик, в румпельном отделении.

На корпусах ИМ показаны рукоятки аварийного ручного управления с зажимами-фиксаторами.

При нормальной работе эти рукоятки зафиксированы в нейтральном положении и не влияют на работу насоса. При аварийном ручном управлении рукоятки выводятся из зажимов и при этом механически соединяются с гидрозолотником.

Поворот рукоятки на определённый угол изменяет подачу насоса, а значит, ско-

рость перекладки руля. Изменение же направления поворота рукоятки относительно ней-

трального положения приводит к изменению направления перекладки руля.

От пульта управления ПУ к исполнительным механизмам 1ИМ и 2ИМ идут два многожильных кабеля .

Рулевой датчик РД связан с исполнительными механизмами также двумя много-

жильными кабелями .

Кроме того, в пульт входят:

1. многожильный кабель 7х1,5 от гирокомпаса;

2. двухжильный кабель 2х( 2х1,5 ) от понижающих трансформаторов;

3. двухжильный кабель 2х( 2х1,5 ) «Включение насосов», для включения

приводных двигателей насосов рулевых машин;

4. многожильный кабель 12х1,5 в схему сигнализации;

5. многожильный кабель 7х1,5 от рулевых указателей.

Основные элементы пульта показаны в подрисуночной подписи к рис. 277.

Функциональная схема авторулевого типа АИСТ ( рис. 292. )

Во всех модификациях авторулевых типа АИСТ управление осуществляется по

закону ПИД, т.е. пропорционально курсовой погрешности ( П ), её интегралу ( И ) и диф-

ференциалу ( Д ).

Авторулевой АИСТ имеет электронный блок коррекции БК, предназначенный для

выработки сигналов ( напряжений ), пропорциональных интегралу и дифференциалу кур

совой погрешности ( углу ухода судна с курса ).

В авторулевых типа АТР этот блок – электромеханический, на 4-х электрических микромашинах ( см. рис. 286, схема авторулевого типа АТР2-10 ).

Таким образом, авторулевые типа АИСТ по сравнению с авторулевыми типа АТР имеют упрощенную кинематическую часть, что повышает их надёжность и упрощает об-

служивание.

В качестве угловых датчиков в авторулевом типа АИСТ использованы бесконтакт-

ные сельсины.

В последних модификациях авторулевого АИСТ:

1. внутри ПУ установлен только один сельсин-приёмник-курса СПк, ротор которо

го механически связан с картушкой репитера и кинематикой прибора ( в авторулевых ти-

па АТР использовалось два сельсина-приёмника, ротор одного механически связан с кар-

тушкой репитера, а ротор другого - с кинематикой прибора ). Таким образом, этот сель-

син выполняет две функции – служит в качестве указателя курса ( по картушке ) – на рис. 278 это сельсин-приемник курса ВЕ-1, и одновременно разворачивает ротор сельсина-трансформатора курса – на рис. 292 это ВС-3 ).

2. отсутствует узел самовозврата штурвала.

Приведенная на рис. 232 схема взята из учебника Головина Ю.К. «Судовые электри

ческие приводы» 1991 г. издания ( рис. 122 ). На рис. 122 допущены две ошибки:

1. в схемах электронных дифференцирующего ДУ и интегрирующего ИУ устрой

ств после демодуляторов ДМ пропущены вторые модуляторы М2;

2. положения переключателя усилителя мощности А1 «Точно» и «Грубо» на схеме перепутаны – на самом деле в положении «Точно» контакт SA3 должен быть разомкнут, в положении «Грубо» - замкнут.

Эти ошибки в схеме на рис. 232 отсутствуют.

Рис. 292. Функциональная схема авторулевого типа АИСТ

К основным элементам схемы относятся ( рис. 292 ):

1. ВС1 – сельсин-датчик курса, ротор которого механически связан с ротором ази-

мут-мотора гирокомпаса.

Если судно на курсе, ротор ВС1 неподвижен; при уходе судна с курса ротор ВС1 также поворачивается, и на его выходной 3-фазной обмотке появляется напряжение, посту

пающее на 3-фазные обмотки синхронизации двух сельсинов-приёмников курса - ВЕ1 и ВЕ2;

2. ВЕ1 – первый сельсин-приёмник курса.

Его ротор механически связан с картушкой, что позволяет знать курс судна в лю-

бой момент времени;

3. ВЕ2 – второй сельсин-приёмник курса.

Его ротор механически связан через механический дифференциал МД с ротором

сельсина-трансформатора курса ВС3;

4. ВС3 - сельсин-трансформатор курса.

Предназначен для получения напряжения U₁ = к₁ α, пропорционального углу ухода

судна с курса ( углу рыскания ) α;

5. ВС5 – сельсин-трансформатор насоса ( в исполнительном механизме насоса

Холла в румпельном отделении ).

Предназначен для получения напряжения U₅ = к₅ s, пропорционального смещению ( ходу ) «s» барабана насоса.

Поскольку скорость кладки пера руля прямо пропорциональна ходу барабана, выра

жение U₅ = к₅ s часто записывают в таком виде:

U₅ = к₅ β',

где: β – угол перекладки руля;

β' – производная от угла ( по времени ), т.е. скорость кладки пера руля.

6. ВС6 – первый сельсин-трансформатор руля ( связан с баллером руля в румпель-

ном отделении ).

Предназначен для для получения напряжения U₄ = к₄ β, пропорционального углу поворота пера руля.

Далее это напряжение поступает в цепь суммирования сигналов и служит для уп

равления насосом Холла;

7. ВС7 – второй сельсин-трансформатор руля или, иначе, сельсин-датчик руля

( связан с баллером руля ).

Предназначен для получения напряжения U₄ = к₄ β, пропорционального углу пово

рота пера руля.

Далее это напряжение поступает на 3-фазную обмотку сельсина-указателя положе

ния пера руля ( сельсина-приёмника ) ВЕ8;

8. ВЕ8 – сельсин-приёмник положения пера руля в рулевой рубке , на его роторе

закреплена стрелка указателя положения пера руля ( рулевого аксиометра ).

Таким образом, сельсины ВС-7 и ВЕ-8 образуют систему синхронной связи, предна

значенную для измерения угла поворота пера руля;

9. М1 – серводвигатель руля, для перемещения барабана насоса Холла;

10. ТV1 – выходной трансформатор электронного дифференцирующего устройства

( ЭДУ ).

Его выходное напряжение

U₂ = к₂ dα / dt ,

где: dα / dt – скорость изменения курсового угла судна;

11. ТV2 - выходной трансформатор электронного интегрирующего устройства

( ЭИУ ). Его выходное напряжение

U ₃ = к₃ α dt ,

т.е. пропорционально алгебраической сумме углов рыскания судна, а также времени, в те-

чении которого судно совершало несимметричные рыскания относительно линии курса;

12. ТV3 – трансформатор, с его вторичной обмотки напряжение подаётся на обмот-

ку возбуждения сельсина-трансформатора руля ВС6.

Это напряжение можно плавно изменять при помощи переключателя SA2 и тем са-

мым регулировать значение коэффициента обратной связи КОС в пределах 0,2…2,0;

13. ТV4 – выходной трансформатор усилителя мощности А1.

Он имеет первичную и две вторичных обмотки. На его первичную обмотку подает

ся напряжение с выхода усилителя мощности УМ.

Напряжение с верхней ( на схеме ) вторичной обмотки через контакт SA1.8 пере

ключателя видов управления SA1 подаётся на обмотку управления серводвигателя руля М1 при работе в режимах «Автомат» и «Следящее управление».

Напряжение с нижней вторичной обмотки подаётся на вход усилителя обратной

связи УОС. Это напряжение находится в противофазе со входным напряжением усилителя А1, снимаемым с потенциометра R4 через резистор R5 и предназначено для предотвраще-

ния возникновения автоколебаний пера руля.

Эти автоколебания возникают в усилителе А1 при больших коэффициентах усиле-

ния, превращающих усилитель в генератор периодических колебаний.

Частота и амплитуда таких автоколебаний определяется параметрами самого усили

теля.

При возникновении таких автоколебаний нарушается работа авторулевого;

14. ТV5 – питающий трансформатор режима «Простое управление». От его полуоб

моток через кнопки SB1 «Право руля» и SB2 «Лево руля» питается обмотка управления серводвигателя руля М1 в режиме «Простое управление»;

15. БК – блок коррекции, включает в себя блок питания БП полупроводниковых

элементов блока коррекции, фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, а также электронное дифференцирующее устройство ЭДУ с выходным трансформатором ТV1 и электронное интегрирующее устройство ЭИУ с выходным трансформатором ТV2;

16. SA1 – переключатель видов управления: 1 - «Автоматический», 2 –«Следящий»,

3 – «Простой».

Имеет 14 контактов SA1…SA14.

Назначение контактов такое:

1. SA1.1, SA1.2 – для подключения 3-фазной обмотки сельсина-приёмника курса

ВЕ2 к 3-фазной обмотке сельсина-датчика курса ВС1 в режиме «Автоматический»;

2. SA1.3 – контактное приспособление на валу переключателя видов управления

SA1.

В режиме «Автоматический» замыкает контакт SA1.5 в случае поворота штурвала. При этом через контакты SA1.5 и SA1.10 образуется цепь разряда накопительного конден

сатора С3 интегрирующего устройства и тем самым сбрасывается напряжение на выходе интегрирующего устройства;

3. SA1.4 – для включения сигнальных ламп НL1…НL3 режимов работы авторулево

го. Лампа НL1 горит в режиме «Автоматический», НL2 – в режиме «Следящий», НL3 – в режиме «Простой». Контакт SA1.5 на схеме отсутствует ( не путать с контактом SA5 );

4. SA1.6, SA1.7 – для подготовки цепи обмотки управления серводвигателя руля

М1 в режиме «Простой» ( через кнопки SB1 «Право руля» и SB2 «Лево руля» );

5. SА1.8 – для подключения в режимах «Автоматический» и «Следящий» обмотки

управления серводвигателя руля М1 к верхней вторичной обмотке выходного трансформа

тора TV4 усилителя мощности А1;

6. SА1.9 - для подключения в режиме «Автоматический» напряжения питающей

сети к блоку питания БП, входящему в состав блока коррекции БК;

7. SА1.10 – для образования цепи разряда накопительного конденсатора С3 и, тем

самым, сброса сигнала интегрирующего устройства через контакт SA5 в таких случаях:

а ) при режиме «Автоматическое» - при повороте штурвала с целью задания нового курса судна;

б ) при переходе с режима «Автоматический» на режимы «Следящий» или «Про-

стой»;

8. SА1.11, SА1.12 – для образования цепей конечных выключателей SQ8 и SQ9,

прерывающих кладку пера руля при углах 32-33º ( более подробно – см. ниже ).

9. SА1.13, SА1.14 – для подготовки цепи питания сигнального ревуна НА, включа-

ющегося в 2-х случаях:

а ) в режиме «Автоматический» в случае отклонения судна от курса на угол, боль-

ший заданного переключателем SA4.

Переключатель имеет 4 фиксированных положения : «выключено», «отклонение от курса 3º», «отклонение от курса 6º», «отклонение от курса 9º»;

б ) при перегрузке ( по току ) приводных двигателей насосов рулевой машины;

10. SA2 – переключатель, для регулирования напряжения на обмотке возбуждения

сельсина-трансформатора руля ВС6.

Ползунок переключателя связан со стрелкой-указателем «Регулировка КОС». При перемещении переключателя стрелка скользит вдоль шкалы с делениями в пределах 0,2…2,0;

11. SA3 – переключатель «Грубо-точно» на входе усилителя мощности А1.

Переключатель устанавливают в положение «Грубо» в штормовую погоду, «Точ-

но» - в хорошую;

12. SA4 - переключатель для включения ревуна НА при уходе судна с курса на оп

ределённый угол в режиме «Автоматический»;

Имеет 4 фиксированных положения : «выключено», «отклонение от курса 3º», «от-

клонение от курса 6º», «отклонение от курса 9º»;

13. SА5 – замыкается в режиме «Автоматический» в случае поворота штурвала.

При этом через контакты SA5 и SA1.10 образуется цепь разряда накопительного конденсатора С3 интегрирующего устройства и тем самым сбрасывается напряжение на выходе интегрирующего устройства;

14. SB1 – кнопка «Лево руля»;

15. SB7– кнопка «Право руля»;

16. SB11 – кнопка сброса сигнала ревуна при перегреве приводных двигателей насо

сов рулевой машины;

17. UZ1, UZ2 – выпрямительные мостики, для питания постоянным током ревуна

НА.

Переменное напряжение на вход мостика UZ1 подаётся через контакты SA1.13, SA1.14 и контакт SA4 при уходе судна с курса на 3, 6 или 9º, на вход мостика UZ2 – при перегрузке приводных двигателей насосов рулевой машины;

18. МД – механический дифференциал, для передачи вращающего момента на ро-

тор сельсина-трансформатора курса ВС3 двумя способами:

а ) при режиме «Автоматический» - от ротора сельсина-приемника курса ВЕ2;

б ) при режиме «Следящий» - от штурвала;

19. SQ1, SQ2 – контакты конечных выключателей «Лево» и «Право», переключают-

ся при предельных кладках пера руля 32-33º ( более подробно – см. ниже );

20. КМ1, КМ2 – электромагнитные реле, включающиеся через контакты SQ1, SQ2

при предельных кладках пера руля 32-33º ( более подробно – см. ниже );

21. ИМ – исполнительный механизмнасоса Холла;

22. РМ – рулевая машина;

23. РД – рулевой датчик.

Принцип действия авторулевого «АИСТ» точно такой, как и авторулевого АТР (

см. выше описание «Авторулевой типа АТР2-10» ), поэтому рассмотрим узлы, устроенные в авторулевом «АИСТ» иначе, чем в авторулевом АТР, и в первую очередь, блок коррек-

ции.

Блок коррекции

В состав блока коррекции ( БК ) входят:

1. блок питания БП;

2. фазочувствительный выпрямитель ФЧВ;

3. электронное дифференцирующее устройство ДУ;

4. электронное интегрирующее устройство ИУ .

Блок питания служит для получения напряжения постоянного тока, подаваемого

на электронные элементы ДУ и ИУ.

В состав БП входят ( на данной схеме не показаны ) понижающий трансформатор, выпрямитель, фильтр и 2 стабилизатора выпрямленного напряжения ( один – для ДУ, второй – для ИУ ).

Фазочувствительный выпрямитель ФЧВ служит для получения напряжения посто-

янного тока.

В отличие от обычного выпрямителя, ФЧВ имеет добавочное свойство: полярность выпрямленного напряжения зависит от фазы входного перемен-

ного напряжения.

Это означает, что при изменении фазы переменного входного напряжения на 180º полярность выходного изменяется на обратную.

Фазочувствительный выпрямитель имеет второе название: демодулятор.

В данной схеме на вход ФЧВ поступает переменное напряжение

U₁ = к ₁ α

с выхода сельсина-трансформатора курса ВС3.

С выхода ФЧВ выпрямленное напряжение поступает на параллельно включенные входы:

1. ДУ – через конденсатор С1;

2. ИУ – через резистор R3.

Кроме такого различия входных цепей, устройства ДУ и ИУ имеют разные цепи об-

ратной связи, а именно:

1. в цепи обратной связи ДУ находится резистор R1;

2. в цепи обратной связи ИУ находится конденсатор С3.

Резистор R1 расположен в ПУ вне блока коррекции, его ползунок выведен на лице-

вую часть ПУ.

Этот резистор служит для регулирования выходного напряжения ДУ: при переме-

щении ползунка R1, например, вниз, сопротивление R1 увеличивается, поэтому напряже-

ние на входе ДУ уменьшается. Поэтому уменьшается выходное напряжение ДУ, т.е. сиг-

нал ДУ ослабляется. Так поступают при ухудшении погоды.

Конденсатор С3 расположен внутри блока коррекции БК. Для регулирования ско-

рости накопления сигнала ИУ служит потенциометр R3, его ползунок выведен на лицевую часть ПУ.

При перемещении ползунка R3, например, вверх напряжение, снимаемое с R3 на вход ИУ увеличивается, поэтому скорость накопления сигнала ИУ также увеличивается.

Электронные части ДУ и ИУ одинаковы и включают в себя:

1. модуляторы М1, М2;

2. усилитель У;

3. демодулятор ДМ;

4. регулируемый ограничитель напряжения РО.

Модулятор М2 в учебнике Головина 1991 г. ошибочно не показан, он должен нахо

диться между демодулятором ДМ и регулируемым ограничителем напряжения РО ( но в прилагаемой схеме на рис. 278 он есть ).

Модулятор М1 служит для преобразования постоянного напряжения в переменное

Основное свойство модулятора: при изменении полярности входного напряжения фаза выходного изменяется на 180º. Иначе говоря, модулятор выполняет функции, обрат-

ные функциям фазочувствительного выпрямителя.

В данной схеме напряжение на вход М1 поступает с выхода ФЧВ, а выходное на-

пряжение М1 подаётся на вход усилителя У.

Усилитель постоянного тока У служит для усиления переменного напряжения.

В данной схеме напряжение на его вход поступает с выхода М1, а выходное напря

жение усилителя подаётся на вход демодулятора ДМ.

Демодулятор ( фазочувствительный выпрямитель ) ДМ служит для преобразо-

вания переменного напряжения в постоянное изменяющейся полярности.

В данной схеме напряжение на его вход поступает с выхода усилителя У, а выход-

ное напряжение ДМ подаётся на вход модулятора М2.

Модулятор М2 служит для преобразования постоянного напряжения в перемен-

ное.

В данной схеме напряжение на его вход поступает с выхода демодулятора ДМ, а выходное напряжение М2 подаётся на вход регулируемого ограничителя напряжения РО.

Необходимость двойного преобразования сигнала последовательно включенными М1 – ДМ – М2 в следящих системах вызвана тем, что при суммировании сигналов управле

ния ( напряжений ) трудно добиться точного совпадения по фазе.

Поэтому на вход модулятора М1, помимо полезного сигнала, поступает составляю-

щая напряжения, сдвинутая относительно него на 90º ( т.н. квадратурная составляющая ). Для её подавления в схеме служит демодулятор ДМ.

Кроме того, наличие в схеме демодулятора ДМ с выходом на постоянном токе по-

зволяет применять простые корректирующие звенья для повышения качества следящей системы. В данной схеме, в качестве таких корректирующих звеньев служат:

1. в дифференцирующем устройстве – конденсатор С1 и резистор R1;

2. в интегрирующем устройстве – потенциометр R3 и конденсатор С3.

Регулируемый ограничитель напряжения РО служит для регулирования и ограни

чения ( по амплитуде ) переменного выходного напряжения.

В данной схеме напряжение на его вход поступает с выхода модулятора М2, а вы-

ходное напряжение РО подаётся на первичную обмотку выходного трансформатора ТV1 ( ДУ ) или ТV2 ( ИУ ).

Со вторичных обмоток ТV1 и ТV2 напряжения соответственно

U₂ = к₂ dα / dt и U ₃ = к₃ α dt

поступают в цепь суммирования сигналов.

Так же, как в схеме авторулевого АТР2-10, дифференцирующее устройство ДУ слу

жит для увеличения скорости перемещения пера руля в любом направлении – при выводе его из диаметральной плоскости ( ДП ) или при возвращении в ДП.

При этом кладки пера руля становятся более частыми и глубокими, что, с одной стороны, повышает точность удержания судна на курсе, но, с другой, перегружает руле-

вую машину.

Поэтому в штормовую погоду, когда скорость рыскания судна относительно курса возрастает, сигнал ДУ уменьшают ( «загрубляют» ).

Так же, как в схеме авторулевого АТР2-10, интегрирующее устройство ИУ служит для компенсации действия на судно внешних несимметричных сил ( ветер, волна и т.п. ).

После накопления сигнала на выходе ИУ кладки пера руля относительно диамет-

ральной плоскости судна становятся несимметричными. Возникающий на баллере ( пере руля ) разностный момент Δ М _б компенсирует момент внешних сил. В результате судно станет рыскать относительно курса симметрично, т.е. так, как если бы внешних несиммет-

ричных сил не было.

Время накопления сигнала ИУ в авторулевом АТР2-10 составляет 30…40 мин, в авторулевом «АИСТ» - несколько минут.

Принцип действия электронного дифференцирующего устройства

Дифференцирующее устройство начинает действовать в случае, если курс судна изменяется. Если судно не меняет курс, напряжение на выходе ДУ отсутствует.

Пусть судно начало уходить с курса.

В этом случае напряжение на выходе сельсина -приёмника курса ВС3 станет увели

чиваться. Это напряжение поступает на вход ФЧВ, в результате выходное напряжение ФЧВ также станет увеличиваться. При указанной на схеме полярности этого напряжения конденсатор С1 станет заряжаться по цепи:

«плюс» на нижнем выводе ФЧВ – входная цепь модулятора М1 – конденса-тор С1 – «минус» на нижнем выводе ФЧВ.

Полярность напряжения на пластинах С1: «плюс» на правой пластине, «минус» на левой.

В результате протекания зарядного тока С1 через входную цепь модулятора М1, на его выходе появится переменное напряжение определённой фазы, которое после преобра

зований в усилителе У, демодуляторе ДМ, модуляторе М2, регулируемом ограничителе РО попадёт в цепь суммирования сигналов через трансформатор ТV1 в виде напряжения

U₂ = к₂ dα / dt.

Напряжение U₂ по фазе совпадает с напряжением U₁ = к ₁ α на выходе сельсина-

трансформатора курса ВС3. Поэтому в первый момент времени напряжение управления

U _у = U₁ + U₂ ,

т.е. в результате скорость вывода пера руля из диаметрали при наличии напряжения U₂ бу

дет больше, чем без него ( в отсутствие сигнала ДУ напряжение управления U _у = U₁ + 0 = U₁ ).

Таким образом, сигнал ДУ ускоряет вывод пера руля из диаметрали.

Если судно, рыскнув, некоторое время не меняет курс ( т.е. идет по новому курсу ), напряжение U₁ перестанет изменяться. Поэтому заряд конденсатора С1 прекратится.

Если судно станет возвращаться на курс, напряжение U₁, а значит, и выходное на-

пряжение ФЧВ, станут уменьшаться. Поскольку напряжение на конденсаторе С1 оказа-

лось больше напряжения ФЧВ, конденсатор С1 станет разряжаться по цепи:

«плюс» на правой пластине С1 - входная цепь модулятора М1 – выходная цепь ФЧВ – «минус» на левой пластине С1.

Поэтому полярность входного напряжения М1 изменится на обратную, что, в конеч

ном счёте, приведёт к изменению фазы напряжения U₂ на 180º.

Теперь это напряжение совпадает по фазе с напряжением U₅ сельсина-трансформа

тора руля ВС6 ( в 1-м случае, при уходе с курса – с напряжением U₁ ).

Значит, напряжение управления

U_у = ↓U₁ – U₂ - U₅ = ↓U₁ – ( U_{2 +}- U₅ ).

также изменит свою фазу на 180º, поэтому перо руля начнёт возвращаться в диаметраль-

ную плоскость.

Как следует из последнего уравнения, напряжение U₂ ДУ и напряжение U₅ сельси

на-трансформатора руля ВС6 имеют одинаковый знак ( фазу ).

Значит, напряжение U₂ , добавляясь к напряжению U₅ СТр, увеличит напряжение управления U_у и тем самым скорость возврата пера руля в диаметраль.

При этом уменьшается перекатывание судна за линию курса.

Сравнивая действие сигнала ДУ в этих 2-х случаях, можно сделать общий вывод :

сигнал ДУ увеличивает скорость прямой и обратной кладки пера руля и тем самым повышает точность удержания судна на курсе.

Однако при этом кладки руля становятся более частыми и глубокими, что увеличи-

вает нагрузку на рулевую машину.

Поэтому в штормовую погоду, когда судно рыскает быстро и часто, ДУ "загрубля-

ют", т.е. уменьшают напряжение U₂ введением резистора R1 или установкой переключа-

теля SA3 «Грубо-точно» усилителя мощности А1 положение «Грубо» ( в учебнике Голови

на 1991 г. на рис. 122 ошибка, исправленная в прилагаемой схеме на рис. 292 )

Более подробно эти две регулировки объясняются ниже ( см. Автоматическое управление, работа схемы при автоматическом управлении, стр. 564 ).

Принцип действия электронного интегрирующего устройства

Интегрирующее устройство начинает действовать только если на судно начинают действовать внешние несимметричные силы ( ветер, волна и т.п. ). В этом случае судно рыскает относительно курса несимметрично, например, влево на 1º, вправо – на 3º.

На судах, не имеющих интегрирующего устройства, это приводит к постепенному изменению курса. Чтобы избежать ухода с курса, на таких судах вахтенный помощник периодически корректирует курс. Коррекция состоит в том, что каждый раз судну задаёт

ся курс, который на 1-3º отличается от необходимого.

Поясним это на примере. Пусть судно совершает переход из Румынии в Россию, причём генеральный курс судна ГК = 90º ( строго на восток ). Если на судно начинает дей

ствовать юго-восточный ветер ( т.е ветер в скулу правого борта ) , судно начнет откло-

няться от курса влево. Курс судна постепенно станет уменьшаться: 90, 89, 88º.

Чтобы компенсировать действие ветра, вахтенный помощник задаёт избыточный курс, в данном случае, 92-93º. Когда через определённое время судно, постепенно умень-

шая курс от 93…92 º, выйдет на курс 90º, вахтенный помощник повторно вносит поправ-

ку в курс, что крайне неудобно при несении вахты.

В авторулевом «АИСТ» интегрирующее устройство действует так.

При уходе судна с курса на выходе сельсина-трансформатора курса ВС3 появляется переменное напряжение

U₁ = к ₁ α.

Это напряжение поступает на вход ФЧВ, вследствие чего на выходе ФЧВ появляет-

ся выпрямленное напряжение определённой величины и полярности.

Величина этого напряжения пропорциональна углу рыскания α., а полярность зави-

сит от того, в какую сторону относительно курса рыскнуло судно. Иначе говоря, при ухо-

де судна с курса в другую сторону полярность напряжения на выходе ФЧВ изменяется на обратную.

Напряжение с выхода ФЧВ через потенциометр R3 поступает на вход модулятора М1 ИУ, преобразуется при помощи усилителя У и демодулятора ДМ.

С выхода ДМ преобразованное напряжение постоянного тока поступает в цепь об-

ратной связи, в которой находится конденсатор С3.

Конденсатор С3 имеет большую ёмкость, что обусловливает большое время заряда-разряда С3. Иначе говоря, конденсатор С3 медленно заряжается и медленно разряжается

( на судах в качестве конденсатора С3 используется батарея из конденсаторов С3, С4, С5, С6, С19 и С41 ).

При рыскании судна в пределах одного борта конденсатор С3 работает в режиме «Заряд- разряд», и напряжение на нём в момент возвращения судна на курс уменьшается до нуля.

При рыскании судна в пределах другого борта повторяется процесс «Заряд-раз-

ряд», но полярность на пластинах С3 – обратная.

Поэтому при симметричных рысканиях конденсатор С3 не накапливает заряд на пластинах. Значит, напряжение на выходе трансформатора TV2

U ₃ = к₃ α dt = 0.

При несимметричных рысканиях напряжения на выходе ФЧВ становится неодина-

ковыми при уходе судна от курса в разные стороны. В результате конденсатор С3 медлен-

но заряжается до напряжения, имеющего определённую величину и полярность.

Величина этого напряжения тем больше, чем больше разность углов рыскания суд-

на и чем дольше время несимметричного рыскания.

Полярность напряжения на конденсаторе С3 зависит от полярности большего из напряжений на выходе ФЧВ.

Значит, при несимметричных рысканиях судна на выходе трансформатора TV2 по-

является и медленно увеличивается напряжение U ₃ , которое поступает в цепь суммиро-

вания сигналов.

Время накопления сигнала ( напряжения U ₃ ) – несколько минут. Скорость накоп-

ления сигнала регулируют потенциометром R3, при перемещении его ползунка вверх ско-

рость увеличивается, и наоборот.

Это объясняется тем, что при перемещении ползунка R3вверх напряжение между ползунком и нижним выводом R3, которое подается на вход ЭИУ, увеличивается, поэтому быстрее при несимметричных рысканиях заряжается конденсатор C3.

При этом на вторичной обмотке трансформатора TV2 ( выходе ЭИУ ) быстрее по-

является выходное напряжение ЭИУ ( быстрее накапливается выходной сигнал ЭИУ ).

В результате кладки пера руля становятся несимметричными – на один борт ( на-

пример, правый ) перо руля поворачивается на больший угол, чем на другой.

Избыточный ( разностный ) момент на баллере ( пере руля ) Δ М_б = М_{б.право} - М_б.лево направлен встречно моменту внешних сил ( ветер, волна ) и равен ему.

Оба момента компенсируют друг друга, и судно начинает рыскать относительно курса симметрично, т.е. так, как если бы несимметричных внешних сил не было.

Важно отметить такую деталь: когда судно находится на курсе, т.е.напряжение на выходе ФЧВ равно нулю, сигнал интегрирующего устройства не исчезает. Объясним это.

В авторулевом типа АТР2-10 сохранение сигнала интегратора обеспечивалось тем, что после накопления сигнала интегратора ротор сельсина-трансформатора интегратора СТи ( М 10 ) останавливался и оставался неподвижным.

Поэтому на его выходе напряжение

U ₃ = к₃ α dt

оставалось неизменным по величине и фазе, вне зависимости от того, судно на курсе или нет.

В авторулевом «АИСТ» сохранение сигнала интегратора обеспечивается тем, что после накопления сигнала интегратора напряжение конденсатора С3 остаётся неизменным по величине и полярности.

Поэтому в момент времени, когда судно вернулось на курс и напряжение на выхо-

де ФЧВ отсутствует, конденсатор С3 начинает разряжаться через потенциометр R3 и вход

ную цепь модулятора М1 ЭИУ и тем самым обеспечивает сохранение на вторичной обмот

ке трансформатора TV2 напряжения U ₃ , т.е. сигнала ЭИУ.

Таким образом, при действии на судно несимметрчных внешних усилий ( ветер, волна ) напряжение на выходе ЭИУ существует постоянно, потому что:

1. в случае, если судно рыскает, т.е. не на курсе, наличие напряжения на выходе ЭИУ объясняется наличием напряжения на выходе ФЧВ;

2. в случае, если судно на курсе, т.е. напряжение на выходе ФЧВ отсутствует, нали-

чие напряжения на выходе ЭИУ объясняется разрядом конденсатора С3 через параллельно включенные потенциометр R3 и входную цепь модулятора М1 ЭИУ. Поскольку на входе модулятора М1 ЭИУ есть напряжение, значит, оно есть и на выходе ЭИУ.

Подведем итоги: сигнал на выходе интегратора в виде напряжения U₃ появляется только после того, как на судно начнут действовать несимметричные внешние усилия. После появления этого сигнала кладки пера руля в разные стороны станут несиммет

ричными.

Важно отметить, что если судно сносится лагом, т.е. параллельно линии курса, ЭИУ не действует, т.к. внешние факторы, например, течение или ветер, действуют с оди-наковой силой как на носовую, так и на кормовую части судна. Поэтому при параллель-

ном сносе судно рыскает относительно курса симметрично и сигнал ЭИУ не накаплива-

ется.

Режимы работы авторулевого

Автоматическое управление