Функциональная схема вычислительного устройства
В режиме автоматического управления подводным кораблем по глубине в вычислительном устройстве задействованы следующие блоки (рис. 13.11):
блок формирования скорости изменения глубины;
блок формирования скорости изменения дифферента;
линейный ограничитель ЛО;
блок нелинейности БН3;
блок нелинейности БН4.
Входные параметры, необходимые для формирования СЭСУ, определены ранее.
Назначение задействованных блоков ВУ:
1.Блок формирования скорости изменения глубины предназначен для формирования электрического сигнала в виде напряжения, пропорционального скорости изменения глубины во времени. Введение этого сигнала необходимо для повышения точности регулирования глубины путем уменьшения регулирующего воздействия при подходе фактической глубины к заданной (в режиме автоматического перехода на новую глубину).
2. Линейный ограничитель функционально состоит из двух блоков: блока ограничения максимального дифферента БН1 и блока ограничения максимальной скорости изменения дифферента БН2. Введение этих ограничений необходимо, во-первых, для исключения возможности падения на грунт или погружения на запредельную глубину; во-вторых, для обеспечения безопасной работы механизмов главной энергетической установки. Оба блока представляют собой электронные усилители, формирующие выходной сигнал только после достижения величины на входе определенного уровня.
3. Блок формирования скорости изменения дифферента предназначен для формирования сигнала, пропорционального скорости изменения дифферента, и подачи его в блок БН2 линейного ограничителя.
4. Блок нелинейности БН3 формирует световую и звуковую сигнализацию в случае самопроизвольного отклонения ПЛ от заданной глубины на определенную величину.
5. Блок нелинейности БН4 – усилитель, работающий в релейном режиме. Предназначен для релейного изменения своего коэффициента передачи в зависимости от величины скорости корабля.
Принцип формирования суммарного электрического сигнала управления
Суммарный электрический сигнал управления горизонтальными рулями представляет собой следующую функциональную зависимость:
(13.48)
где
–
сигнал, пропорциональный отклонению
фактической глубины погружения от
заданной и зависящий от скорости ПЛ;
– сигнал,
пропорциональный скорости изменения
глубины;
– сигнал,
пропорциональный дифференту;
– сигнал,
пропорциональный скорости изменения
дифферента;
– сигнал, пропорциональный углу перекладки горизонтальных рулей.
Формирование СЭСУ горизонтальными рулями осуществляется по принципу «соревнования сигналов». Это означает следующее. Суммарный электрический сигнал формируется на правом, «большом» сумматоре (рис. 13.12), на который поступают все составляющие сигнала согласно выражению (13.48). Составляющая СЭСУ обеспечивает поворот горизонтальных рулей в сторону компенсации рассогласования, т.е. если фактическая глубина погружения меньше заданной, то рули поворачиваются «на погружение». Все остальные составляющие СЭСУ являются демпфирующими; вклад этих сигналов в суммарный обеспечивает поворот рулей в противоположную сторону. Сформированный таким образом СЭСУ поступает в гидравлическую часть системы управления.
Принцип действия системы в режиме автоматического перехода на новую заданную глубину
На первом этапе с помощью перекладки горизонтальных рулей создается определенный дифферент подводной лодки. В конце этого периода рули отводятся кратковременно в противоположную сторону для гашения нарастающей угловой скорости, а затем – в практически нулевое положение. Лодка, таким образом, начинает второй этап изменения глубины – установившийся. На этом этапе все параметры движения неизменны, изменение глубины происходит за счет подъемной силы на корпусе ПЛ. С подходом к заданной глубине погружения начинается третий этап – одержание. Для этого рули, как правило, перекладываются в сторону, обеспечивающую уменьшение дифферента, затем в противоположную для гашения возникающей угловой скорости и, наконец, в положение, обеспечивающее движение корабля на новой глубине.
Маневр изменения глубины погружения в общем случае включает в себя три этапа: этап создания дифферента; установившегося изменения глубины с постоянным дифферентом; этап одержания (рис. 13.12).
Для примера рассмотрим маневр автоматического погружения ПЛ на новую заданную глубину, считая, что при всплытии все процессы идентичны, но противоположны по фазе.
Для автоматического погружения ПЛ на новую заданную глубину оператор пульта управления с помощью задатчика устанавливает требуемое значение глубины. На выходе первого, «малого» сумматора (рис. 13.12), формируется сигнал рассогласования, который через блок нелинейности БН4 поступает на второй, «большой» сумматор. В начальный момент времени все остальные составляющие СЭСУ отсутствуют.
Рули начинают поворачиваться «на погружение», т.е. в сторону уменьшения рассогласования заданной и фактической глубины.
Начинается первая фаза погружения – создание требуемого дифферента. Первая фаза погружения, как было сказано ранее, сопровождается увеличением угловой скорости. При определенном ее значении на «большой» сумматор через нижний блок линейного ограничителя начинает поступать сигнал, который обеспечивает отведение горизонтальных рулей и гашение угловой скорости. Дифферент стабилизируется и подводная лодка начинает погружение под действием подъемной силы на корпусе.
С
подходом к требуемой глубине погружения
сигнал
постепенно уменьшается. Сигнал
в этой ситуации имеет наибольшую величину
и обеспечивает одержание ПЛ в третьей
фазе погружения. Дифферент, угол
перекладки рулей, скорость изменения
глубины и дифферента уменьшаются, и к
моменту выхода корабля на заданную
глубину дифферент устанавливается
равным балансировочному значению.
Управляющий сигнал при этом равен нулю.
В рассматриваемом режиме действие верхнего блока линейного ограничителя осуществляется при превышении дифферента установленной в нем величины. Этот блок, таким образом, является ограничительным. Дополнительно отметим, что блок нелинейности БН4 имеет коэффициент передачи, зависящий от скорости корабля. Так как основная сила, под действием которой ПЛ погружается и всплывает, – это сила на корпусе, то с увеличением скорости ПЛ ее эффективность также увеличивается, причем достаточно интенсивно. В связи с этим с увеличением скорости коэффициент передачи БН4 искусственно уменьшают для обеспечения безопасности плавания в первую очередь путем предотвращения больших вертикальных скоростей.
Принцип действия системы в режиме автоматической стабилизации заданной глубины и дифферента
При движении ПЛ на заданной глубине могут возникать периодические возмущающие воздействия, отклоняющие корабль в ту или иную сторону. Суммарный электрический сигнал управления в этом случае, как правило, невелик и определяется, в основном, составляющей , что вызывает соответствующую перекладку горизонтальных рулей и возврат ПЛ к заданной глубине.
Постоянно действующие возмущения, например, неудифферентованность, подводное течение, приводят к возникновению статической ошибки. Для ее устранения с помощью линейного вращающегося трансформатора, связанного с датчиком дифферента, вводят корректирующий сигнал, равносильный заданию балансировочного дифферента. Этот сигнал компенсирует действие возмущения. Аналогично осуществляется поддержание заданного дифферента во время движения ПЛ. СЭСУ в этом случае формируется в виде зависимости:
.
(13.49)
При самопроизвольном отклонении ПЛ от заданной глубины (обычно 5–7 метров) срабатывает блок нелинейности БН3, формирующий световую и звуковую сигнализацию «Уход с глубины».