книги из ГПНТБ / Березин С.Я. Системы автоматического управления движением судов по курсу

курса не должен превышать более чем на 10% величину установ­

ленной градусной поправки.

При необходимости изменить курс судна на угол более 30° в автоматическом режиме следует медленно поворачивать штур­ вал следящего управления так, чтобы угол рассогласования между неподвижным индексом и курсовой чертой не превышал 10—15°.

Регулятор «Грубо — точно» позволяет менять к о э ф ф и ц и е н т у с и л е н и я в с е й с и с т е м ы . Рукоятку регулятора устанавли­ вают в положение «Грубо» при свежей погоде, когда регулятор сигнала тахогенератора установлен на минимум.

В авторулевом АРМ-2 настройка осуществляется подбором па­

Его величина регулируется от 0,3 до 0,6° и выбирается при ходо­ вых испытаниях авторулевого на судне. Если чувствительность установлена правильно, то в процессе эксплуатации менять ее нет необходимости.

Коэффициент k3, определяющий величину сигнала, пропорцио­ нального скорости поворота судна (регулятор «Одерживание»), следует увеличивать в тихую погоду и уменьшать при волнении

моря.

Коэффициент k3 определяет величину сигнала отрицательной обратной связи (регулятор «Закладка руля»), В приборе предус­ мотрена возможность ступенчатого изменения величины k3 от 0,2 до 0,8. Меньшие значения устанавливаются, как указывалось

При замене вышедших из строя основных управляющих эле­ ментов необходимо заново произвести настройку всей схемы фор­ мирования сигнала управления авторулевого, пользуясь инструк­ цией завода-изготовителя.

Если известна математическая модель судна и числовые значения ее коэффициентов, то близкие к оптимальным значения парамет­ ров настройки авторулевого мож^о определить заранее, до уста­ новки системы на судно, методом моделирования. После этого потре­ буется только небольшая корректировка полученных данных, кото рая может быть выполнена при контрольном выходе судна в море.

Рассмотрим в качестве примера один из возможных путей определения оптимальных параметров настройки системы мето­ дом аналогового моделирования применительно к авторулевому типа АБР, установленному на танкере типа «Инженер А. Пустошкин».

Структурная схема созданного для этой цели комбинирован­ ного макета системы автоматического управления движением судна по курсу показана на рис. V.6.

239

Всостав макета входят следующие узлы:

1)реальная аппаратура РА авторулевого типа АБР, изобра­ женная на схеме в виде трех звеньев — пульта управления ПУ, электромашинного усилителя ЭМУ и рулевого датчика РД\

2)физическая модель ФМ электромеханической части руле­ вой машины типа РЭГ-3, состоящая из исполнительного электро­ двигателя ИД, понижающего редуктора Р и тормозного устрой­ ства Я, создающего постоянную нагрузку на валу двигателя от насоса переменной производительности. Физическая модель осу­ ществляет преобразование выходного сигнала электромашинного

ЭН

Рис. V.6. Структурная схема макета системы автоматического управле­ ния движением судна по курсу.

ления; Ри — истинный угол перекладки руля.

усилителя ия в угол поворота вала, пропорциональный заданной величине угла перекладки руля (З3;

3) устройство ввода УВ, в качестве которого использован пре­ цизионный линейный потенциометр, преобразующий заданный угол перекладки руля в пропорциональное по величине напряже­ ние постоянного тока мРз для ввода в аналоговую вычислительную

машину типа МН-7;

4)электронная модель ЭМ гидравлической части рулевой ма­ шины и судна, набранная на нелинейной ЭАВМ типа МН-7;

5)блок сопряжения БС, представляющий собой самостоятель­ ную следящую систему, обеспечивающую линейную зависимость угла поворота сельсина-датчика курса а от напряжения иа, про­ порционального углу отклонения судна от заданного курса, и слу­ жащий для сопряжения модулирующей установки с реальной ап­

паратурой типа АБР; 6) низкочастотный генератор ГК периодических колебаний

типа НГПК-Зм, задающий внешние возмущения f(t).

240

Роль гирокомпаса в макете выполняет блок сопряжения, а роль гидравлической части рулевой машины и судна — модели­ рующая установка типа МН-7.

Разработанный макет САУ движением судна по курсу учиты­ вает инерционность судна и рулевой машины, нелинейности типа насыщения, люфта и зоны нечувствительности в элементах реаль­ ной аппаратуры авторулевого, а также ограничение угла пере­ кладки руля.

Структурная схема набора электронной модели гидравлической части рулевой машины типа РЭГ-3 и теплохода «Инженер А. Пустошкин» показана на рис. V.7.

Рис. V.7. Схема набора гидравлической части рулевой машины и судна на мо­ делирующей установке типа МН-7.

—а и Рз*Эи — машинные перем енны е;^ а 1# а 13» а 3— варьируемые коэффициенты модели судна.

С помощью описанного выше макета можно получить графики, определяющие зависимость качественных показателей работы САУ движением судна по курсу от установленных значений k0. с и kTr авторулевого в режиме стабилизации и автоматическом следящем режиме для различных скоростей хода и загрузки судна.

На рис. V.8 приведены кривые, характеризующие зависимость относительной ошибки системы Д/* и амплитуды углов пере­

241

системы в режиме стабилизации. Справа на графиках показана область значений k0. с, при которых в системе возникают автоко­ лебания. Характер изменения кривых качественных показателей работы системы свидетельствует о возможности ее оптимизации без изменения принятого закона регулирования.

Кривые, определяющие зависимость величины времени регули­ рования Трег. т. е. времени выхода судна на новый курс при скач-

кообразном управляющем воздействии ср(0> от установленных зна­ чений k0.c и &тг показаны на рис. V.9. Сложный характер полу­ ченных кривых объясняется влиянием нелинейностей системы.

При работе системы в режиме введения градусных поправок возможны два типа переходных процессов — апериодический и колебательный. На графиках рисунка выделена область значений k0. с и &тг, где переходный процесс имеет колебательный характер.

Кривые, приведенные на рис. V.8 и V.9, являются по существу графическими алгоритмами настройки системы для судов типа «Инженер А. Пустошкин», которые позволяют выбирать близкие к оптимальным значения регулируемых параметров авторулевого по заданным показателям качества.

242

Используя эти графики, определяем значения параметров на­

в режиме введения градусных поправок. Полученные значения па­ раметров настройки сведены в табл. V.I.

Графические зависимости качественных показателей работы системы от установленных значений параметров настройки автору-

Трег.О

левого могут оказать большую помощь судоводителям. Они также необходимы для осуществления программной самонастройки си­

тельно простыми техническими средствами автоматизировать про­ цесс настройки САУ движением судна по курсу, т. е. создать программную самонастраивающуюся систему.

Программная самонастройка системы по параметрам объекта в сочетании с частотным фильтром в схеме авторулевого, умень­ шающим влияние внешних возмущений, действующих на судно при волнении моря, является одним из реальных путей существен-

243

Т а б л и ц а V.l

Оптимальные значения параметров настройки авторулевого АБР для судов типа «Инженер А. Пустошкин>

ного повышения эффективности систем автоматического управле­ ния движением судов по курсу.

Другой путь заключается в создании системы, самонастраиваю­ щейся по характеристикам замкнутого контура управления. Для его реализации необходимо провести более сложные теоретические и экспериментальные исследования.

Дальнейшие исследования покажут, какой из этих двух путей создания самонастраивающейся системы автоматического управ­ ления движением судна по курсу более перспективен для судов морского транспортного флота.

При эксплуатации САУ движением судов по курсу значитель­ ное ухудшение их качества или даже выход из строя может про­ изойти от неисправности или повреждения одного из элементов системы. Выяснение причин ненормальной работы системы часто оказывается довольно трудным делом. Во многих случаях удается обнаружить причину неисправности только после размыкания цепи регулирования и проверки каждого ее участка в отдельности, что в процессе эксплуатации часто недопустимо.

Рассмотрим несколько примеров неисправностей авторулевых общего характера, которые могут встретиться при наладке си­ стем в процессе их эксплуатации:

244

1. Медленное затухание переходного процесса в системе или появление автоколебаний малой амплитуды и большой частоты свидетельствует о нарушении настройки корректирующих устройств или о появлении (увеличении) мертвого хода в прямой или обрат­ ной связи системы.

2.Значительное увеличение ошибки системы свидетельствует или о чрезмерном демпфировании ее, или об увеличении зоны нечувствительности, или об уменьшении коэффициента усиления системы, напряжения питающей сети, или об увеличении момента сопротивления на исполнительном устройстве, или о недостаточной величине корректирующего сигнала, уменьшающего ошибку.

3.Непрерывное вращение исполнительного двигателя или пе­

риодическое включение его на короткие промежутки времени сви­ детельствует о повреждении измерительного (чувствительного), элемента или нарушении балансировки измерительного или усили­ тельного элементов вследствие их повреждений.

4.Несоответствие значения регулируемой величины заданному значению свидетельствует о происшедшем изменении опорного на­ пряжения.

5.Отсутствие вращения исполнительного двигателя при изме­

нении регулируемой величины или при наличии возмущения сви­ детельствует об отсутствии питания в схеме.

6. Появление в следящей электрогидравлической системе управ­ ления рулем автоколебаний или ударов свидетельствует о наличии воздуха в маслопроводящих соединительных трубках. Исполни­ тельный механизм при этом будет перекладывать руль толчками.

7. Появление автоколебаний в электрической следящей си­ стеме управления рулем является следствием малой степени ком­ пенсации или перекомпенсации ЭМУ, а также повреждения стаби­ лизирующих обратных связей.

8. Значительное увеличение амплитуды рыскания судна (бйшбка стабилизации превышает допустимую) свидетельствует о возможном нарушении настройки тахогенератора курса и изме­ нении коэффициента внутренней жесткой обратной связи.

Более конкретные сведения об отыскании и устранении воз­ никших неисправностей в системе автоматического управления движением судна по курсу даются в эксплуатационной документа­ ции, входящей в комплект каждого авторулевого.

_ §.18. Технико-экономическая эффективность систем автоматического управления движением судов по курсу

Внедрение на морских и речных судах систем авто­ матического управления движением судов по курсу вызывает из­ менение качества транспортной продукции, выражающееся в уве­ личений скорости доставки грузов, что позволяет сократить обо­

245

ротные средства, заключенные в грузах на время транспортировки;

и сокращения численности экипажа. При этом, однако, увеличи­ вается строительная стоимость судна за счет стоимости средств автоматизации, их монтажа и наладки.

Опыт эксплуатации авторулевых показал, что при автоматиче­ ском управлении движением судна по курсу снижаются потери ходового времени судна на 2—3%, что дает реальный эффект в виде экономии топлива до 5—6%, а также создает предпосылки для ускорения грузооборачиваемости судов. Авторулевой освобож­ дает человека от тяжелого физического труда по непрерывному управлению движением судна по курсу и позволяет сократить со­ став палубной команды. Как правило, на морских транспортных судах при установке авторулевого штат судна сокращается на од­ ного матроса 1-го класса, при этом вахту на ходовом мостике судна несет один матрос, а не два, как это было принято раньше.

Автоматическое управление в принципе позволяет уменьшить износ механизмов рулевого устройства, а также потребляемую мощность от судовой сети.

Предлагаемая методика расчета экономической эффективности систем автоматического управления движением судов по курсу базируется на «Типовой методике определения экономической эф­ фективности капитальных вложений», утвержденной постановле­ нием Госплана СССР, Госстроя СССР и Президиума АН СССР

от 8 сентября 1969 г.

Согласно этой методике величина расчетного годового эконо­ мического эффекта Э от установки авторулевого на судне опреде­

где Эу — годовой экономический эффект от увеличения средней эксплуатационной скорости судна на ДГ%, тыс. руб.; Эт— го­ довой экономический эффект от сокращения судового штата, тыс. руб.; Е — нормативный коэффициент сравнительной экономи­ ческой эффективности капиталовложений, равный 0,15; А — норма амортизационных отчислений (принимаем равной 0,12); Р — рас­ ходы на текущий ремонт и обслуживание (принимаем равными 0,05); ДК — себестоимость авторулевого (стоимость приборов с их доставкой на судно и монтажом), тыс. руб.

Величина Эу вычисляется по формуле

246

использования ходового времени; а — коэффициент использования авторулевого, равный 0,8—0,9; ДЕ — увеличение эксплуатационной

скорости судна, %• Для авторулевых типов АБР, АР, АТР принимаем ДР=2%

по данным опытной эксплуатации, подтвержденным результатами эксплуатации этих приборов в морских пароходствах. Для авто­ рулевых типа АРМ-2 принимаем ДУ=1,5%, так как в схеме этих приборов отсутствует интегрирующее устройство, устраняющее снос судна при несимметричном рыскании.

ный 0,067; Рк.п— суточный норматив на бесплатное коллективное питание, руб.

Критерием экономической эффективности внедрения авторуле­ вого на судне служит срок его окупаемости Ток, определяемый от­

Если 7’о к < 7 лет, то внедрение авторулевого на данном судне экономически целесообразно.

Общий экономический эффект от установки авторулевых по пароходству исчисляется как сумма экономии по отдельным группам однотипных судов:

Эг = М1Э 1+ М2Э2+ . . . + Л^5,-,

Данная методика расчета экономического эффекта от внедре­ ния авторулевых пригодна для морских транспортных судов.

Примеры расчета экономического эффекта от внедрения авторулевых на

“Г(1 + 0 ,5 2 )-9 0

(1 + 0,067) + 1,56 • 325 = 2,16 тыс. руб.;

30,5

10,6 + 2,16 — (0,15 + 0,12 + 0 , 0 5 ) 1 3 , 0 = 8 , 6 тыс. руб.;

^13,0

Ток = — „ = 1 . 5 года.

0,0

247

Ток = = 1,06 года. 3,31

При расчете годового экономического эффекта от применения авторулевого на судне заграничного плавания величина Эш будет несколько больше за счет выплаты иностранной валюты.

§19. Перспективы развития систем автоматического управления движением судов по курсу

Увеличение водоизмещения и скорости хода судов, а также повышение интенсивности судоходства и связанное с этим увеличение риска навигационных аварий (столкновений и посадок на грунт) требует дальнейшего улучшения качества управления судами и, следовательно, дальнейшего совершенствования систем

автоматического управления.

Перспективы развития систем автоматического управления движением судна по курсу неразрывно связаны с перспективами автоматизации процессов судовождения в целом. Обычно рассмат­ ривают три возможных уровня автоматизации судовождения для различных судов: частичную, комплексную и полную автоматиза­ цию, исходя из технико-экономических соображений.

248