Функциональная схема

Рассмотрим функциональную схему САУД в режиме автоматического управления ПЛ по курсу (рис. 13.7).

Ее основные особенности:

1. Регулируемым параметром является курс корабля. Таким образом, на суммирующее устройство поступают значения фактического и заданного значения курса ПЛ. Фактическое значение курса формируется в корабельном навигационном комплексе, а заданное – задается оператором путем разворота рукоятки и связанного с ним ротора линейного вращающегося трансформатора на пульте управления.

2. В ВУ для формирования СЭСУ поступают следующие сигналы: фактическое и заданное значение курса ПЛ;

– и – фактическое и заданное значение курса ПЛ;

– – угол поворота вертикального руля (ВР).

В остальном функциональная схема САУК совпадает с общей функциональной схемой САУД. Рабочие свойства САУК в первую очередь определяются внутренней структурой вычислительного устройства. Рассмотрим принцип формирования суммарного электрического сигнала управления вертикальным рулем с использованием функциональной схемы вычислительного устройства.

Функциональная схема вычислительного устройства

В режиме автоматического управления ПЛ по курсу в структуре вычислительного устройства задействованы следующие блоки (рис. 13.8):

• блок формирования скорости изменения курса ;

• блок формирования суммарной ошибки ;

• блоки нелинейности БН1 и БН2;

• блок ограничения СЭСУ – БО.

Назначения блоков:

1. Блок формирования скорости изменения курса ПЛ предназначен для формирования электрического сигнала, пропорционального скорости отклонения курса ПЛ от заданного. Введение этого сигнала необходимо для повышения точности управления.

2. Блок формирования суммарной ошибки. Формирует сигнал, пропорциональный интегралу ошибки управления. Этот сигнал, являющийся составной частью СЭСУ, компенсирует действие постоянных возмущений на корпус ПЛ – течения, бокового ветра и т.п. Величина этого сигнала может быть скорректирована вручную с пульта управления. Действие сигнала выражается в задании определенного постоянного балансировочного угла поворота ВР «на снос».

3. Блок нечувствительности (БН1) является амплитудным ограничителем СЭСУ. Он установлен на выходе ВУ и «пропускает через себя» сигнал управления в гидравлическую часть системы только в том случае, если он ПРЕВЫШАЕТ некоторую, наперед заданную, величину. Таким образом, чувствительность системы управления искусственно занижается, но тем самым снижается количество перекладок вертикального руля, а значит, повышается долговечность гидравлической части системы, наиболее подверженной к износу. С другой стороны, практически установлено, что эксплуатационная устойчивость ПЛ на курсе считается обеспеченной, если при волнении моря 3–5 баллов ВР перекладывается в среднем 4–6 раз в минуту.

4. Блок ограничения СЭСУ (БО), наоборот, «пропускает через себя» сигнал управления, если он НЕ ПРЕВЫШАЕТ максимальную, также заданную наперед величину отклонения руля. Резкая перекладка руля «на борт» нежелательна для корабля и механизмов и может стать опасной на высоких скоростях хода. Таким образом, вводимое ограничение на максимальную величину перекладки обеспечивает автоматическое регулирование движения ПЛ по курсу по апериодическому закону с достаточно большой постоянной времени и исключает резкую перекладку руля на борт. Кроме того, благодаря этому, предотвращается установка руля в критическое положение, т.е. такое, когда сила сопротивления движению значительно превышает подъемную силу руля в горизонтальной плоскости, а также кавитацию на руле при высоких скоростях хода.

5. Блок нелинейности БН2 является сигнализирующим. Он формирует световую и звуковую сигнализацию в режиме автоматического управления в случае «ухода» ПЛ с курса на определенную величину. Такая ситуация возможна в случае действия возмущений большой величины, например, при попадании ПЛ в сильное боковое течение, потери руля и т.п.

Принцип формирования суммарного электрического сигнала управления

Суммарный электрический сигнал управления вертикальным рулем представляет собой следующую функциональную зависимость:

(13.46)

где – сигнал, пропорциональный отклонению фактического курса от заданного;

– сигнал, пропорциональный скорости изменения курса корабля;

– сигнал, пропорциональный интегралу (суммарной ошибке во времени) отклонения и определяющий балансировочный угол вертикального руля;

– сигнал, пропорциональный углу перекладки вертикального руля;

– коэффициенты составляющих алгоритма управления.

Сформированный по этому закону СЭСУ, если он не меньше, чем задан в БН1 и не больше, чем в БО, поступает в гидравлическую часть системы управления.

Принцип функционирования системы в режиме автоматического перехода на новый заданный курс

При движении ПЛ на циркуляции различают три характерных периода:

1. Маневренный период – от начала до конца перекладки руля. Продолжительность этого периода может достигать 30 секунд и в основном определяется инерционными свойствами гидравлической части САУД. В маневренном периоде вследствие увеличения угла перекладки постепенно увеличивается сила, действующая на руль.

2. Эволюционный период – от момента окончания перекладки руля до начала установившегося движения по окружности. По продолжительности этот период различен для различных ПЛ. Заканчивается он тогда, когда ПЛ меняет направление своего движения на 90–120 град. по отношению к первоначальному курсу.

3. Установившийся период соответствует движению корабля по окружности с практически постоянной скоростью.

Такая классификация является скорее теоретической, чем практической, в первую очередь, из-за чрезвычайно редкого возникновения установившегося периода поворота. С практической точки зрения, а также для удобства рассмотрения принципа работы САУК, будем придерживаться следующей классификации фаз поворота.

Условно считаем, что поворот корабля по курсу осуществляется в три фазы. В первой фазе поворачивается вертикальный руль и ПЛ под его действием начинает отклоняться от первоначального курса. Во второй фазе угол поворота руля постоянен, ПЛ описывает циркуляцию с радиусом, приближающимся к постоянному. При подходе ПЛ к новому заданному курсу начинается третья фаза – одержание ПЛ, в которой руль отводится в нулевое или даже в противоположное предыдущему положение для исключения «рыскания» корабля и окончания циркуляции без перерегулирования.

Для автоматического перехода ПЛ на новый заданный курс оператор пульта управления с помощью задатчика устанавливает требуемую величину курса. На выходе сумматора формируется сигнал рассогласования, поступающий на второй сумматор.

Особенностью работы второго сумматора является то, что приходящие на его вход сигналы и предварительно инвертируются (их фаза изменяется на противоположную), т.е. они являются демпфирующими. Таким образом, вклад сигнала в СЭСУ определяет отклонение руля в сторону компенсации рассогласования курсов и , а вклад всех остальных сигналов (за исключением интегрального, который в рассматриваемом режиме не задействован) препятствует (ограничивает) этому отклонению.

Таким образом, начинается первая фаза поворота – выход корабля на циркуляцию. В первый момент времени все остальные, кроме пропорционального, сигналы отсутствуют и СЭСУ определяется выражением:

(13.47)

Под действием этого сигнала вертикальный руль начинает поворачиваться в сторону, компенсирующую возникшее рассогласование курсов. Корпус ПЛ отклоняется от первоначального курса. Вместе с этим начинают увеличиваться величины сигналов и . В момент, когда их суммарное значение достигнет , поворот вертикального руля прекратится, ПЛ будет находиться на циркуляции, радиус которой стремится к своему постоянному значению.

С подходом ПЛ к новому курсу величина рассогласования постепенно уменьшается, при этом начинается третья, заключительная фаза поворота – одержание ПЛ. Основная задача САУК в этой фазе – обеспечить апериодический, без перерегулирования подход ПЛ к новому заданному курсу и фиксация ПЛ на нем.

Принцип функционирования системы в режиме автоматической стабилизации заданного курса

Каждый корабль, даже при совершенно точно закрепленном в среднем положении руле, непрерывно уклоняется от прямолинейного курса. Корабль как объект управления не обладает свойством саморегулирования. Подобная неустойчивость на курсе называется рыскливостью. В первом приближении корабль на курсе совершает в горизонтальной плоскости синусоидальные колебания (рис. l3.9).

Рыскливость определяет внешние возмущения, действующие на ПЛ – порывы ветра, волнение моря, течения; способствуют рыскливости неизбежная несимметрия корпуса, выступающие части, неравномерность распределения нагрузки и т.п.

Смысл работы системы состоит в том, что возникающее небольшое рассогласование заданного и фактического курса компенсируется поворотом вертикального руля. В случае, если величина превышает установленную в блоке нелинейности БН1, то он поступает в гидравлическую часть системы и далее на вертикальные рули.

В случае самопроизвольного ухода корабля с заданного курса на определенную в сигнализирующем блоке нелинейности величину (обычно 5–8 град.), срабатывает световая и звуковая сигнализация «Уход с курса».