[go: up one dir, main page]

RU2513157C1 - Method of flawless control of ship in depth - Google Patents

Method of flawless control of ship in depth Download PDF

Info

Publication number
RU2513157C1
RU2513157C1 RU2012155958/11A RU2012155958A RU2513157C1 RU 2513157 C1 RU2513157 C1 RU 2513157C1 RU 2012155958/11 A RU2012155958/11 A RU 2012155958/11A RU 2012155958 A RU2012155958 A RU 2012155958A RU 2513157 C1 RU2513157 C1 RU 2513157C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
depth
input
angle
trim
filter
Prior art date
Application number
RU2012155958/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Генрих Эразмович Острецов
Николай Николаевич Тарасов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2012155958/11A priority Critical patent/RU2513157C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2513157C1 publication Critical patent/RU2513157C1/en

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: proposed method consists in using the depth setter, first filter of depth estimation signal, fourth filter of trim angle estimation signal and adder to input of which said signals are fed. Rudder deflection preset speed signal is fed from adder output to steering drive input. Then, two standby depth transducers, two ruder deflection angle meters, four filters, diagnostics and communication unit are used. Said signals are fed to the input of the latter. Diagnostics and communication unit generates difference module signal: | h 1 h _ 1 _ | ,
Figure 00000072
| h 1 h _ 1 _ | ,
Figure 00000073
| h 2 h _ 2 _ | ,
Figure 00000074
| ψ 3 ψ _ 3 _ | ,
Figure 00000018
| ψ 2 ψ _ 2 _ | ,
Figure 00000019
| ψ 3 ψ _ 3 _ |
Figure 00000075
to be compared with preset constant C1 and C2, in case said modules satisfy the condition: | h i h _ i _ | < C 1
Figure 00000066
and | ψ i ψ _ i _ | < C 2 ,
Figure 00000067
then signals h _ i _
Figure 00000068
are fed to the unit of generation of mean value of depth estimation hmean. Signals ψ _ i _
Figure 00000069
are input to the unit of generation of mean value of trim angle estimation ψ _ m e a n _ .
Figure 00000076
Depth mean estimation signal h _ m e a n _
Figure 00000077
from depth mean estimation unit is fed to adder input. Trim angle estimation signal ψ _ m e a n _
Figure 00000078
from trim angle mean estimation unit is fed to adder input.
EFFECT: higher accuracy and reliability of ship control.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения - автоматическому отказобезопасному управлению движением корабля.The invention relates to the field of shipbuilding - automatic fail-safe control of the movement of the ship.

Известен способ автоматического управления движением судна по заданному путевому углу, реализованный в «Системе автоматического управления движением судна» (RU 2248914 C1, 27.03.2005). Способ управления движением судна основан на использовании информации от датчика путевого угла, задатчика путевого угла и сумматора, в котором по сигналам текущего путевого угла, заданного путевого угла, угловой скорости судна формируют результирующий сигнал для управления рулевым приводом судна.There is a method of automatically controlling the movement of a vessel at a given direction angle, implemented in the "System of automatic control of a vessel’s movement" (RU 2248914 C1, 03/27/2005). The ship’s movement control method is based on the use of information from the track angle sensor, track angle setter and adder, in which the resulting signal is generated from the current track angle, the set track angle, and the ship’s angular speed.

Известен также способ автоматического управления движением корабля с использованием динамической модели углового движения корабля (RU №2223197 C1, 10.02.2004, принятый нами в качестве прототипа). Аппаратура автоматического управления движением судна, содержит задатчик курсового угла, датчик угла перекладки руля, приемник спутниковой навигационной системы, рулевой привод, дифференциатор и сумматор, первый вход которого соединен с выходом задатчика путевого угла, выход приемника СНС соединен с вторым входом сумматора, к третьему входу которого подключен выход датчика угла перекладки руля, выход сумматора соединен с входом рулевого привода, четвертый вход сумматора соединен с выходом динамической модели углового движения судна-фильтра. На выходе динамической модели движения судна-фильтра формируется оценка угла курса. Сигнал оценки угла курса алгебраически суммируется с сигналом угла курса, получаемого с выхода приемника СНС. Разность этих сигналов вводится на вход динамической модели движения судна-фильтра.There is also known a method of automatically controlling the movement of a ship using a dynamic model of the angular motion of the ship (RU No. 2223197 C1, 02/10/2004, adopted by us as a prototype). The apparatus for automatic control of the vessel’s movement contains a heading angle adjuster, a rudder angle sensor, a satellite navigation system receiver, a steering gear, a differentiator and an adder, the first input of which is connected to the output of the track angle adjuster, the output of the SNA receiver is connected to the second input of the adder, to the third input which the output of the rudder angle sensor is connected, the adder output is connected to the input of the steering gear, the fourth adder input is connected to the output of the dynamic model of the angular motion of the vessel - This filter. At the output of the dynamic motion model of the filter vessel, an estimate of the course angle is formed. The heading angle estimation signal is algebraically summed with the heading angle signal received from the output of the SNA receiver. The difference of these signals is input to the dynamic model of the filter vessel.

Таким образом, в широко распространенном способе управления формируют следующие сигналы для обеспечения автоматического управления движением судна.Thus, in the widespread control method, the following signals are generated to provide automatic control of the movement of the vessel.

В задатчике курсового угла формируют сигнал - ϕзд=f(t), который вводят на вход сумматора, на второй вход которого поступает сигнал оценки угла курса - φ _

Figure 00000001
. Сигнал оценки - φ _
Figure 00000002
вводят с выхода электронной (динамической) модели движения судна. Для формирования оценки сигнала угла курса на вход электронной модели движения корабля вводят сигнал угла перекладки руля δ от датчика рулевого привода и сигнал невязки с выхода электронной модели движения корабля и датчика курса: K ( φ φ _ )
Figure 00000003
. На выходе сумматора-регулятора формируется сигнал заданного значения угла перекладки руля - δзд:In the heading angle adjuster, a signal is formed - ϕ rear = f (t), which is input to the adder input, the second input of which receives a signal for estimating the heading angle - φ _
Figure 00000001
. Signal Evaluation - φ _
Figure 00000002
enter from the output of the electronic (dynamic) model of the vessel. To form an estimate of the heading angle signal, the rudder angle signal δ from the steering gear sensor and the residual signal from the output of the electronic model of the ship’s motion and heading sensor are input to the input of the electronic model of the ship’s motion: K ( φ - φ _ )
Figure 00000003
. At the output of the adder-controller, a signal is generated for the set value of the rudder angle - δ rear :

δ з д = K 1 ( φ _ φ з д . ) + K 2 d / d t φ _ ( 1 )

Figure 00000004
δ s d = K one ( φ _ - φ s d . ) + K 2 d / d t φ _ ( one )
Figure 00000004

где φ _

Figure 00000005
- сигнал оценки угла курса, с выхода электронной модели движения корабля-фильтра,Where φ _
Figure 00000005
- a signal for estimating the course angle, from the output of the electronic model of the motion of the filter ship,

δзд - сигнал заданного угла перекладки руля (с выхода сумматора вводят на вход рулевого привода).δ rear - a signal of a given rudder angle (input from the adder is input to the input of the steering gear).

Недостатками известных способов управления движением являются:The disadvantages of the known methods of motion control are:

- отсутствие встроенного контроля исправности источников информации,- lack of built-in control of serviceability of information sources,

- выход из строя датчиков состояния корабля приводит к аварийным ситуациям,- the failure of the vehicle's state sensors leads to emergency situations,

- выход из строя вычислительных сетей фильтра обработки входной информации также приводит к аварийным ситуациям.- failure of the computer networks of the input information processing filter also leads to emergency situations.

Техническим результатом предлагаемого способа управления движением судна является:The technical result of the proposed method of controlling the movement of the vessel is:

- повышение точности и надежности системы управления движением,- improving the accuracy and reliability of the motion control system,

- введение блока диагностики и коммутации позволило осуществлять контроль исправности системы управления и перестройки архитектуры системы автоматического управления движением (САУД), что позволило осуществить построение отказоустойчивой системы управления,- the introduction of the diagnostics and switching unit made it possible to monitor the operability of the control system and restructuring the architecture of the automatic motion control system (SAUD), which allowed the construction of a fault-tolerant control system

- введение 2х резервных датчиков глубины, двух измерителей угла дифферента и четырех фильтров позволило обеспечить сохранение нормальной работы САУД не только при сбоях в датчиках, но и в вычислительных сетях фильтров обработки входной информации.- The introduction of 2 x backup depth sensors, two trim angle meters and four filters made it possible to maintain the normal operation of the SAUD not only in case of failures in the sensors, but also in the computer networks of the input information processing filters.

Технический результат в предлагаемом способе управления достигается благодаря:The technical result in the proposed control method is achieved due to:

- формированию сигнала среднего значения оценок глубины h _ с р _

Figure 00000006
:- forming a signal of the average value of the depth estimates h _ from R _
Figure 00000006
:

1) по трем сигналам глубины с трех датчиков глубины (при отсутствии сбоев во всех трех датчиках глубины);1) for three depth signals from three depth sensors (in the absence of failures in all three depth sensors);

2) по двум сигналам глубины с двух исправных датчиков глубины (третий любой вышел из строя),2) by two depth signals from two operational depth sensors (the third one is out of order),

3) одному сигналу от исправного датчика глубины,3) one signal from a working depth sensor,

- формированию сигнала среднего значения оценки угла дифферента - ψ _ с р _

Figure 00000007
- the formation of the signal average value of the evaluation of the angle of the trim - ψ _ from R _
Figure 00000007

1) по трем сигналам угла дифферента с датчика угла дифферента и двух измерителей угла дифферента (при отсутствии сбоев во всех каналах глубины и угла дифферента);1) for three signals of the trim angle from the trim angle sensor and two trim angle meters (in the absence of failures in all channels of the depth and trim angle);

2) по двум сигналам угла дифферента с двух исправных каналов угла дифферента (третий - вышел из строя, любой, в том числе и из-за выхода из строя датчика глубины),2) for two signals of the trim angle from two working channels of the trim angle (the third - out of order, any, including due to the failure of the depth sensor),

3) одному сигналу от исправного канала угла дифферента (при исправных датчиках глубины);3) one signal from a working channel of the trim angle (with working depth sensors);

- формированию сигнала среднего значения оценок глубины - h _ с р _

Figure 00000006
:- the formation of a signal of the average value of the depth estimates - h _ from R _
Figure 00000006
:

1) по сигналам с трех фильтров (при исправности первого, второго и третьего фильтра,1) by signals from three filters (if the first, second and third filters are in good condition,

2) по сигналам с двух исправных фильтров из трех (и исправного датчика глубины),2) by signals from two serviceable filters out of three (and a serviceable depth sensor),

3) по сигналу с одного исправного фильтра из трех (и исправных датчиках глубины),3) by a signal from one serviceable filter out of three (and serviceable depth sensors),

- формированию сигнала среднего значения угла дифферента ψ _ с р _

Figure 00000008
:- the formation of the signal average value of the angle of the trim ψ _ from R _
Figure 00000008
:

1) по сигналам с трех фильтров (при исправности четвертого, пятого и шестого фильтра),1) according to signals from three filters (if the fourth, fifth and sixth filters are in good condition),

2) по сигналам с двух исправных фильтров (при неисправном четвертом, или пятом, или шестом фильтре),2) according to signals from two serviceable filters (with a faulty fourth, or fifth, or sixth filter),

- своевременному выявлению сбоя в системе управления и изменению архитектуры САУД, позволяющему сохранить высококачественное автоматическое управление движением корабля по глубине.- timely detection of a malfunction in the control system and a change in the architecture of the SAUD, which allows to maintain high-quality automatic control of the ship's movement in depth.

Способ отказоустойчивого управления движением корабля по глубинеThe method of fault-tolerant control of the movement of the ship in depth

Способ управления движением корабля по глубине с использованием датчика руля, первого датчика глубины, датчика угла дифферента, датчика угловой скорости, рулевого привода, задатчика глубины, первого фильтра оценки сигнала глубины, четвертого фильтра оценки сигнала угла дифферента и сумматора, на вход которого вводят сигналы:A method of controlling the movement of a ship in depth using a rudder sensor, a first depth sensor, a trim angle sensor, an angular velocity sensor, a steering gear, a depth gauge, a first depth signal estimation filter, a fourth trim angle signal estimation filter and an adder to the input of which the following signals are input:

- угла перекладки руля - δ (с датчика руля),- rudder angle - δ (from the rudder sensor),

- угловой скорости - ω (с датчика угловой скорости),- angular velocity - ω (from the angular velocity sensor),

- заданной глубины корабля- hзд (с задатчика глубины).- the given depth of the ship - h rear (from the depth gauge).

На вход первого фильтра оценки сигнала глубины вводят сигналы:The following signals are input to the input of the first filter for evaluating the depth signal:

- угла перекладки руля δ (с датчика руля),- steering angle δ (from the steering wheel sensor),

- глубины h1 (с первого датчика глубины),- depth h 1 (from the first depth sensor),

- оценки глубины h _ 1 _

Figure 00000009
(с выхода первого фильтра оценки сигнала глубины).- depth estimates h _ one _
Figure 00000009
(from the output of the first depth signal estimation filter).

На вход четвертого фильтра оценки сигнала угла дифферента вводят сигналы:At the input of the fourth filter evaluating the signal of the angle of trim input signals:

- угла дифферента ψ (с выхода датчика угла дифферента),- trim angle ψ (from the output of the trim angle sensor),

- угла перекладки руля δ (с датчика руля).- steering angle δ (from the steering wheel sensor).

Сигнал заданной скорости перекладки руля - dδзд/dt (с выхода сумматора) вводят на вход рулевого привода.Signal predetermined rudder speed - dδ zd / dt (from the adder output) is administered to a steering drive input.

Используют также второй датчик глубины, третий датчик глубины, второй фильтр оценки сигнала глубины, третий фильтр оценки сигнала глубины, пятый фильтр оценки сигнала угла дифферента, шестой фильтр оценки сигнала угла дифферента, блок диагностики и коммутации, на вход которого вводят сигналы:A second depth sensor, a third depth sensor, a second depth signal estimation filter, a third depth signal estimation filter, a fifth trim angle signal estimation filter, a sixth trim angle signal estimation filter, a diagnostic and switching unit, to which the signals are input, are also used:

- оценки глубины - h _ 1 _

Figure 00000009
с выхода первого фильтра,- depth estimates - h _ one _
Figure 00000009
from the output of the first filter,

- оценки глубины - h _ 2 _

Figure 00000010
c выхода второго фильтра,- depth estimates - h _ 2 _
Figure 00000010
c output of the second filter,

- оценки глубины - h _ 3 _

Figure 00000011
с выхода третьего фильтра,- depth estimates - h _ 3 _
Figure 00000011
from the output of the third filter,

- оценки угла дифферента - ψ _ 1 _

Figure 00000012
с выхода четвертого фильтра,- estimates of the angle of trim - ψ _ one _
Figure 00000012
from the output of the fourth filter,

- оценки угла дифферента - ψ _ 2 _

Figure 00000013
с выхода пятого фильтра,- estimates of the angle of trim - ψ _ 2 _
Figure 00000013
from the output of the fifth filter,

- оценки угла дифферента - ψ _ 3 _

Figure 00000014
с выхода шестого фильтра.- estimates of the angle of trim - ψ _ 3 _
Figure 00000014
from the output of the sixth filter.

В блоке диагностики и коммутации формируют сигналы шести модулей разности:In the diagnostic and switching unit, the signals of six difference modules are generated:

| h 1 h _ 1 _ |

Figure 00000015
, | h 1 h _ 1 _ |
Figure 00000016
, | h 2 h _ 2 _ |
Figure 00000017
, | ψ 3 ψ _ 3 _ | ,
Figure 00000018
| ψ 2 ψ _ 2 _ | ,
Figure 00000019
| ψ 3 ψ _ 3 _ | ,
Figure 00000018
которые сравнивают с заданной постоянной C1 и C2, если модули разности удовлетворяют условию: | h i h _ i _ | < C 1
Figure 00000020
и | ψ i ψ _ i _ | < C 2
Figure 00000021
, то «хорошие» сигналы h _ i _
Figure 00000022
вводят в блок формирования среднего значения оценки глубины hср, а «хорошие» сигналы ψ _ i _
Figure 00000023
вводят в блок формирования среднего значения оценки угла дифферента ψ _ с р _ ,
Figure 00000024
сигнал среднего значения оценки глубины h _ с р _
Figure 00000025
из блока среднего значения оценки глубины вводят на вход сумматора, сигнал среднего значения оценки угла дифферента ψ _ с р _
Figure 00000026
из блока среднего значения оценки угла дифферента вводят на вход сумматора. | | | h one - h _ one _ | | |
Figure 00000015
, | | | h one - h _ one _ | | |
Figure 00000016
, | | | h 2 - h _ 2 _ | | |
Figure 00000017
, | | | ψ 3 - ψ _ 3 _ | | | ,
Figure 00000018
| | | ψ 2 - ψ _ 2 _ | | | ,
Figure 00000019
| | | ψ 3 - ψ _ 3 _ | | | ,
Figure 00000018
which are compared with a given constant C 1 and C 2 , if the difference modules satisfy the condition: | | | h i - h _ i _ | | | < C one
Figure 00000020
and | | | ψ i - ψ _ i _ | | | < C 2
Figure 00000021
then the “good” signals h _ i _
Figure 00000022
injected into the block forming the average value of the depth estimate h cf , and “good” signals ψ _ i _
Figure 00000023
enter into the block forming the average value of the evaluation of the angle of the trim ψ _ from R _ ,
Figure 00000024
depth mean value signal h _ from R _
Figure 00000025
from the block of the average value of the depth estimate is input to the adder input, the signal of the average value of the evaluation of the angle of the trim ψ _ from R _
Figure 00000026
from the block of the average value of the evaluation of the angle of the trim is entered at the input of the adder.

Система отказоустойчивого управления движением корабля (см. чертеж).Fail-safe control system for the movement of the ship (see drawing).

На чертеже приведена блок-схема системы отказоустойчивого управления движением корабля, которая реализована в соответствии предложенным способом управления. The drawing shows a block diagram of a fault-tolerant control system for the movement of the ship, which is implemented in accordance with the proposed control method.

Система содержитThe system contains

1 - датчик руля, 2 - первый датчик глубины, 3 - второй датчик глубины, 4 - третий датчик глубины, 5 - датчик угла дифферента, 6 - датчик угловой скорости, 7 - задатчик глубины, 8-13 - первый-шестой фильтры, 14 - блок диагностики и коммутации, 15 - блок среднего значения глубины, 16 - блок среднего значения угла дифферента, 17 - сумматор, 18 - рулевой привод, 19 - корабль.1 - steering wheel sensor, 2 - first depth sensor, 3 - second depth sensor, 4 - third depth sensor, 5 - trim angle sensor, 6 - angular velocity sensor, 7 - depth gauge, 8-13 - first-sixth filters, 14 - a diagnostic and switching unit, 15 - a block of the average depth value, 16 - a block of the average value of the angle of the trim, 17 - the adder, 18 - the steering gear, 19 - the ship.

Реализация рассматриваемой системы возможна:The implementation of the system in question is possible:

- с применением аналоговых счетно-решающих элементов,- using analogue counting elements,

- с использованием цифровой техники,- using digital technology,

- датчики следует применить серийно выпускаемые нашей промышленностью,- sensors should be used commercially available from our industry,

- фильтры могут базироваться на электронной модели движения корабля с постоянными коэффициентами, также может быть использована адаптивная модель движения корабля.- filters can be based on an electronic model of the ship’s motion with constant coefficients, and an adaptive model of the ship’s motion can also be used.

Особенности работы системы отказоустойчивого управления движением корабляFeatures of the fault-tolerant ship motion control system

а. Формирование оценок измеряемой информации - h _ i _

Figure 00000027
, ψ _ i _
Figure 00000028
(используем блоки 1-5, 8-13).but. Formation of assessments of measured information - h _ i _
Figure 00000027
, ψ _ i _
Figure 00000028
(we use blocks 1-5, 8-13).

1-ю оценку сигнала текущей глубины корабля - h _ 1 _

Figure 00000029
формируют в первом фильтре - 8, с использованием электронной динамической модели управляемого движения корабля по глубине - h. На вход электронной модели движения корабля вводят сигналы:1st assessment of the signal of the current depth of the ship - h _ one _
Figure 00000029
form in the first filter - 8, using an electronic dynamic model of the controlled movement of the ship in depth - h. The input signals of the ship’s electronic model are:

δ - угол перекладки руля (с датчика руля - 1),δ is the rudder angle (from the rudder sensor - 1),

h1 - измеренное значение глубины (с первого датчика глубины - 2),h 1 - measured depth value (from the first depth sensor - 2),

h _ 1 _

Figure 00000030
- оценку текущей глубины корабля (с выхода электронной динамической модели, этот же сигнал h _ 1 _
Figure 00000031
через выход первого фильтра - 8 вводят в блок диагностики и коммутации - 14. Аналогично на втором фильтре - 9 с использованием электронной динамической модели движения корабля по глубине - h (на выходе второго фильтра) формируют вторую оценку текущей глубины - h _ 2 _
Figure 00000032
с использованием сигналов: h _ one _
Figure 00000030
- assessment of the current depth of the ship (from the output of the electronic dynamic model, the same signal h _ one _
Figure 00000031
through the output of the first filter - 8 is introduced into the diagnostics and switching unit - 14. Similarly, on the second filter - 9 using the electronic dynamic model of the ship's movement in depth - h (at the output of the second filter) form a second estimate of the current depth - h _ 2 _
Figure 00000032
using signals:

δ - (с датчика руля - 1),δ - (from the steering wheel sensor - 1),

h2 - измеренного значения глубины(с второго датчика глубины - 3),h 2 - measured depth value (from the second depth sensor - 3),

h _ 2 _

Figure 00000033
- оценки текущей глубины корабля (с выхода второго фильтра - 9), h _ 2 _
Figure 00000033
- estimates of the current depth of the ship (from the output of the second filter - 9),

с выхода второго фильтра сигнал - h _ 2 _

Figure 00000034
вводят на вход блока диагностики и коммутации - 14. Аналогично на третьем фильтре - 10 с использованием электронной динамической модели формируют третью оценку текущей глубины - h _ 3 _
Figure 00000035
с использованием сигналов:from the output of the second filter, the signal is h _ 2 _
Figure 00000034
enter to the input of the diagnostic and switching unit - 14. Similarly, on the third filter - 10 using the electronic dynamic model form a third estimate of the current depth - h _ 3 _
Figure 00000035
using signals:

δ - (с датчика руля - 1),δ - (from the steering wheel sensor - 1),

h3 - измеренного значения глубины (с третьего датчика глубины - 4),h 3 - measured depth value (from the third depth sensor - 4),

h _ 3 _

Figure 00000036
- оценки текущей глубины корабля (с выхода третьего фильтра - 10), сигнал h _ 3 _
Figure 00000037
с выхода третьего фильтра также вводят на вход блока диагностики и коммутации - 14. h _ 3 _
Figure 00000036
- estimates of the current depth of the ship (from the output of the third filter - 10), the signal h _ 3 _
Figure 00000037
from the output of the third filter is also introduced to the input of the diagnostic and switching unit - 14.

Первую оценку текущего угла дифферента ψ _ 1 _

Figure 00000038
формируют в четвертом фильтре - 11 с использованием электронной модели управляемого движения корабля по углу дифферента - ψ. На вход электронной модели движения корабля по углу дифферента - 11 вводят сигналы:First estimate of the current trim angle ψ _ one _
Figure 00000038
form in the fourth filter - 11 using an electronic model of the controlled movement of the ship along the angle of the trim - ψ. At the input of the electronic model of the ship’s movement along the trim angle - 11, the following signals are input:

δ - угол перекладки руля (с датчика руля - 1)δ - rudder angle (from the rudder sensor - 1)

ψ - измеренного угла дифферента (с датчика угла дифферента - 5),ψ is the measured trim angle (from the trim angle sensor - 5),

ψ _ 1 _

Figure 00000039
- первой оценки текущего угла дифферента (с выхода электронной модели движения корабля по углу дифферента), сигнал - ψ _ 1 _
Figure 00000039
с выхода четвертого фильтра - 11 также вводят на вход блока диагностики и коммутации - 14. ψ _ one _
Figure 00000039
- the first assessment of the current angle of the trim (from the output of the electronic model of the movement of the ship along the angle of the trim), the signal is ψ _ one _
Figure 00000039
from the output of the fourth filter - 11 is also introduced to the input of the diagnostic and switching unit - 14.

Вторую оценку текущего угла дифферента - ψ _ 2 _

Figure 00000040
формируют в пятом фильтре - 12, на вход которого - электронной модели движения корабля по углу дифферента вводят сигналы:The second estimate of the current trim angle is ψ _ 2 _
Figure 00000040
form in the fifth filter - 12, the input of which is an electronic model of the ship’s movement along the angle of the trim signal:

δ - угол перекладки руля (с датчика руля - 1),δ is the rudder angle (from the rudder sensor - 1),

h1 - (с первого датчика глубины - 2),h 1 - (from the first depth sensor - 2),

h3 - (с третьего датчика глубины - 4),h 3 - (from the third depth sensor - 4),

ψ _ 2 _

Figure 00000041
- (с выхода пятого фильтра - 12), сигнал ψ _ 2 _
Figure 00000042
также вводят на вход блока диагностики и коммутации - 14. ψ _ 2 _
Figure 00000041
- (from the output of the fifth filter - 12), the signal ψ _ 2 _
Figure 00000042
also enter at the input of the diagnostic and switching unit - 14.

Третью оценку текущего угла дифферента ψ _ 3 _

Figure 00000043
формируют в шестом фильтре - 13, на вход которого вводят сигналы:The third assessment of the current trim angle ψ _ 3 _
Figure 00000043
form in the sixth filter - 13, the input of which signals are input:

δ - угол перекладки руля (с датчика руля - 1),δ is the rudder angle (from the rudder sensor - 1),

h1 - (с первого датчика глубины - 2),h 1 - (from the first depth sensor - 2),

h2 - (с второго датчика глубины - 3),h 2 - (from the second depth sensor - 3),

ψ _ 3 _

Figure 00000044
- с выхода шестого фильтра - 13, сигнал - ψ _ 3 _
Figure 00000045
также вводят на вход блока диагностики и коммутации - 14. ψ _ 3 _
Figure 00000044
- from the output of the sixth filter - 13, the signal - ψ _ 3 _
Figure 00000045
also enter at the input of the diagnostic and switching unit - 14.

б. Диагностирование сбоя в трех каналах выработки оценок - h _ i _

Figure 00000046
и трех каналах выработки оценок - ψ _ i _
Figure 00000047
b. Diagnosing a failure in three channels for generating estimates - h _ i _
Figure 00000046
and three channels for generating estimates - ψ _ i _
Figure 00000047

В блоке 14 формируют величину разности измеренных сигналов - hi, ψi иIn block 14 form the magnitude of the difference of the measured signals - h i , ψ i and

их оценок - h _ i _

Figure 00000048
, ψ _ i _
Figure 00000049
.their ratings - h _ i _
Figure 00000048
, ψ _ i _
Figure 00000049
.

Если модуль разности меньше допустимого значения, то следует, что данный «i» канал формирования «i» оценки измеряемой информации - h _ i _ ,

Figure 00000050
ψ _ i _
Figure 00000051
исправен - «хороший»:If the modulus of the difference is less than the permissible value, then it follows that the given “i” channel for forming the “i” of the measurement information assessment is h _ i _ ,
Figure 00000050
ψ _ i _
Figure 00000051
good - "good":

| h i h _ i _ | < C 1 | ψ i ψ _ i _ | < C 2 ( 2 )

Figure 00000052
| | | h i - h _ i _ | | | < C one | | | ψ i - ψ _ i _ | | | < C 2 ( 2 )
Figure 00000052

Используют только эти «хорошие» каналы сигналов оценок, которые удовлетворяют условию (2) Из блока диагностики - 14 «хорошие» сигналы, соответственно, вводят в блок среднего значения оценки глубины - 15 и блок среднего значения оценки угла дифферента - 16. В блоке 15 формируют среднее значение - h _ с р _

Figure 00000025
используя введенные «хорошие» сигналы - h _ i _
Figure 00000053
из блока 14 и в блоке 16 формируют среднее значение - ψ _ с р _ ,
Figure 00000054
используя сигналы - ψ _ i _
Figure 00000055
. Сформированные сигналы - ψ _ с р _ ,
Figure 00000056
h _ с р _
Figure 00000025
из блоков 15 и 16 вводят на вход сумматора - 17.Only these “good” channels of evaluation signals are used that satisfy the condition (2) From the diagnostics block - 14, “good” signals, respectively, are input into the block of the average value of the depth estimate - 15 and the block of the average value of the estimate of the trim angle - 16. In block 15 form the average value - h _ from R _
Figure 00000025
using the entered "good" signals - h _ i _
Figure 00000053
from block 14 and in block 16 form the average value - ψ _ from R _ ,
Figure 00000054
using signals - ψ _ i _
Figure 00000055
. Signals Formed - ψ _ from R _ ,
Figure 00000056
h _ from R _
Figure 00000025
from blocks 15 and 16 enter the input of the adder - 17.

в. Управление движением корабляat. Ship motion control

Боцман задатчиком глубины - 7 устанавливает требуемую глубину плавания корабля hзд, при этом в рассматриваемой системе формируется закон автоматического управления рулевым приводом - 18, который отклоняет руль и выводит корабль на заданную глубину. Рассмотрим операции, которые при этом выполняются в системе.Boatswain depth setter - 7 sets out the required depth of the ship sailing h rear, thereby forming the law of automatic steering gear control in the system - 18, which deflects the steering wheel and takes the ship to the desired depth. Consider the operations that are performed in the system.

На вход сумматора 17 поступают сигналы:The input of the adder 17 receives signals:

- заданной глубины - hзд (с задатчика глубины - 7),- a given depth - h rear (from the depth gauge - 7),

- угловой скорости- ω (с датчика угловой скорости - 6),- angular velocity - ω (from the angular velocity sensor - 6),

- угла перекладки руля - δ (с датчика руля - 1),- rudder angle - δ (from the rudder sensor - 1),

- среднее значение оценок угла дифферента - ψ _ с р _

Figure 00000026
(с блока среднего значения оценок - ψ _ с р _
Figure 00000026
16),- the average value of the estimates of the angle of the trim - ψ _ from R _
Figure 00000026
(from the block of the average value of estimates - ψ _ from R _
Figure 00000026
16),

- среднее значение оценок глубин - ψ _ с р _

Figure 00000026
(с блока среднего значения оценок - 15).- average value of depth estimates - ψ _ from R _
Figure 00000026
(from the block of the average value of ratings - 15).

В сумматоре - 17 формируется закон управления рулевым приводом - 18 для обеспечения движения корабля на заданной глубине - hзд In the adder - 17, the steering control law - 18 is formed to ensure the movement of the ship at a given depth - h rear

d δ / d t з д = K 1 ( h _ с р _ h з д ) + K 2 ψ _ с р _ + K 3 ω K 4 δ ( 3 )

Figure 00000057
d δ / d t s d = K one ( h _ from R _ - h s d ) + K 2 ψ _ from R _ + K 3 ω - K four δ ( 3 )
Figure 00000057

Сигнал - dδ/dtзд с выхода сумматора - 17 вводится на вход рулевого привода - 18, при этом в соответствие с законом (3) корабль будет двигаться на глубине h=h зд.The signal - dδ / dt rear from the output of the adder - 17 is input to the input of the steering gear - 18, while in accordance with law (3) the ship will move at a depth of h = h rear.

Проведенное моделирование работы рассмотренной выше системы подтвердило эффективность использования предложенного способа управления.The modeling of the above system confirmed the effectiveness of using the proposed control method.

Claims (1)

Способ управления движением корабля по глубине с использованием датчика руля, первого датчика глубины, датчика угла дифферента, датчика угловой скорости, рулевого привода, задатчика глубины, первого фильтра оценки сигнала глубины, четвертого фильтра оценки сигнала угла дифферента и сумматора, на вход которого вводят сигналы:
- угла перекладки руля δ (с датчика руля),
- угловой скорости ω (с датчика угловой скорости),
- заданной глубины корабля hзд (с задатчика глубины),
на вход первого фильтра оценки сигнала глубины вводят сигналы:
- угла перекладки руля δ (с датчика руля),
- глубины h1 (с первого датчика глубины),
- оценки глубины h _ 1 _
Figure 00000009
(с выхода первого фильтра оценки сигнала глубины),
на вход четвертого фильтра оценки сигнала угла дифферента вводят сигналы:
- угла дифферента ψ (с выхода датчика угла дифферента),
- угла перекладки руля δ (с датчика руля),
сигнал заданной скорости перекладки руля - dδзд/dt (с выхода сумматора) вводят на вход рулевого привода, отличающийся тем, что используют второй датчик глубины, третий датчик глубины, второй фильтр оценки сигнала глубины, третий фильтр оценки сигнала глубины, пятый фильтр оценки сигнала угла дифферента, шестой фильтр оценки сигнала угла дифферента, блок диагностики и коммутации, на вход которого вводят сигналы:
- оценки глубины - h _ 1 _
Figure 00000009
с выхода первого фильтра,
- оценки глубины - h _ 2 _
Figure 00000010
c выхода второго фильтра,
- оценки глубины - h _ 3 _
Figure 00000011
с выхода третьего фильтра,
- оценки угла дифферента - ψ _ 1 _
Figure 00000012
с выхода четвертого фильтра,
- оценки угла дифферента - ψ _ 2 _
Figure 00000013
с выхода пятого фильтра,
- оценки угла дифферента - ψ _ 3 _
Figure 00000014
с выхода шестого фильтра,
в блоке диагностики и коммутации формируют сигналы модуля разности:
| h 1 h _ 1 _ | ,
Figure 00000058
| h 1 h _ 1 _ | ,
Figure 00000058
| h 2 h _ 2 _ | ,
Figure 00000059
| ψ 3 ψ _ 3 _ | ,
Figure 00000018
| ψ 2 ψ _ 2 _ | ,
Figure 00000019
| ψ 3 ψ _ 3 _ | ,
Figure 00000018
которые сравнивают с заданной постоянной C1 и C2, если модули разности удовлетворяют условию: | h i h _ i _ | < C 1
Figure 00000060
и | ψ i ψ _ i _ | < C 2
Figure 00000061
, то сигналы h _ i _
Figure 00000022
вводят в блок формирования среднего значения оценки глубины hср, а сигналы ψ _ i _
Figure 00000023
вводят в блок формирования среднего значения оценки угла дифферента ψ _ с р _ ,
Figure 00000056
сигнал среднего значения оценки глубины h _ с р _
Figure 00000025
из блока среднего значения оценки глубины вводят на вход сумматора, сигнал среднего значения оценки угла дифферента ψ _ с р _
Figure 00000026
из блока среднего значения оценки угла дифферента вводят на вход сумматора.
A method of controlling the movement of a ship in depth using a rudder sensor, a first depth sensor, a trim angle sensor, an angular velocity sensor, a steering gear, a depth gauge, a first depth signal estimation filter, a fourth trim angle signal estimation filter and an adder to the input of which the following signals are input:
- rudder angle δ (from the rudder sensor),
- angular velocity ω (from the angular velocity sensor),
- given ship depth hhealthy (from the depth setter),
The following signals are input to the input of the first depth signal estimation filter:
- steering angle δ (from the steering wheel sensor),
- depth hone (from the first depth sensor),
- depth estimates h _ one _
Figure 00000009
 (from the output of the first depth signal estimation filter),
the input of the fourth filter evaluating the signal of the trim angle signals are:
- trim angle ψ (from the output of the trim angle sensor),
- steering angle δ (from the steering wheel sensor),
signal of the preset rudder shift speed - dδhealthy/ dt (from the output of the adder) is input to the input of the steering gear, characterized in that a second depth sensor, a third depth sensor, a second depth signal estimation filter, a third depth signal estimation filter, a fifth trim angle signal estimation filter, a sixth angle signal estimation filter are used trim, diagnostic and switching unit, the input of which signals are input:
- depth estimates - h _ one _
Figure 00000009
 from the output of the first filter,
- depth estimates - h _ 2 _
Figure 00000010
 c output of the second filter,
- depth estimates - h _ 3 _
Figure 00000011
 from the output of the third filter,
- estimates of the angle of trim - ψ _ one _
Figure 00000012
 from the output of the fourth filter,
- estimates of the angle of trim - ψ _ 2 _
Figure 00000013
 from the output of the fifth filter,
- estimates of the angle of trim - ψ _ 3 _
Figure 00000014
 from the output of the sixth filter,
in the diagnostic and switching unit, the signals of the difference module are generated:
| | | h one - h _ one _ | | | ,
Figure 00000058
| | | h one - h _ one _ | | | ,
Figure 00000058
| | | h 2 - h _ 2 _ | | | ,
Figure 00000059
| | | ψ 3 - ψ _ 3 _ | | | ,
Figure 00000018
| | | ψ 2 - ψ _ 2 _ | | | ,
Figure 00000019
| | | ψ 3 - ψ _ 3 _ | | | ,
Figure 00000018
 which compare with a given constant Cone and C2if the difference modules satisfy the condition: | | | h i - h _ i _ | | | < C one
Figure 00000060
  and | | | ψ i - ψ _ i _ | | | < C 2
Figure 00000061
then the signals h _ i _
Figure 00000022
 injected into the block forming the average value of the depth estimate hwed, and the signals ψ _ i _
Figure 00000023
 enter into the block forming the average value of the evaluation of the angle of the trim ψ _ from R _ ,
Figure 00000056
 depth mean value signal h _ from R _
Figure 00000025
 from the block of the average value of the depth assessment is input to the input of the adder, the signal of the average value of the evaluation of the angle of the trim ψ _ from R _
Figure 00000026
 from the block of the average value estimates of the angle of the trim are input to the adder.
RU2012155958/11A 2012-12-24 2012-12-24 Method of flawless control of ship in depth RU2513157C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012155958/11A RU2513157C1 (en) 2012-12-24 2012-12-24 Method of flawless control of ship in depth

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012155958/11A RU2513157C1 (en) 2012-12-24 2012-12-24 Method of flawless control of ship in depth

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2513157C1 true RU2513157C1 (en) 2014-04-20

Family

ID=50480662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012155958/11A RU2513157C1 (en) 2012-12-24 2012-12-24 Method of flawless control of ship in depth

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2513157C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253149A (en) * 1979-02-14 1981-02-24 Metal Marine Pilot, Inc. Apparatus for providing a course correction signal to an electronic automatic pilot to maintain a vessel on a predetermined geographic course
RU2223197C1 (en) * 2003-03-31 2004-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ship motion automatic control equipment
EP1724653A1 (en) * 2004-02-25 2006-11-22 The Ritsumeikan Trust Control system of floating mobile body
RU2432297C1 (en) * 2010-02-08 2011-10-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") Method of fault-tolerant automatic control of navigation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253149A (en) * 1979-02-14 1981-02-24 Metal Marine Pilot, Inc. Apparatus for providing a course correction signal to an electronic automatic pilot to maintain a vessel on a predetermined geographic course
RU2223197C1 (en) * 2003-03-31 2004-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ship motion automatic control equipment
EP1724653A1 (en) * 2004-02-25 2006-11-22 The Ritsumeikan Trust Control system of floating mobile body
RU2432297C1 (en) * 2010-02-08 2011-10-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") Method of fault-tolerant automatic control of navigation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101481019B (en) A sensor fault-tolerant observation method for satellite attitude control system
Zhao et al. Particle filter for fault diagnosis and robust navigation of underwater robot
Bhagavathi et al. Digital twin-driven fault diagnosis for autonomous surface vehicles
Van Eykeren et al. Sensor fault detection and isolation for aircraft control systems by kinematic relations
US10155534B2 (en) Driver intent estimation without using torque sensor signal
CN103676654B (en) Based on the dynamic positioning of vessels velocity estimation system and method for interference compensation
CN105823503B (en) GM is predicted based on improved grey model(1,1)Model Autonomous Underwater Vehicle sensor fault diagnosis method
CN106643723B (en) A kind of unmanned boat safe navigation dead reckoning method
US20170122770A1 (en) Method and system for providing dynamic error values of dynamic measured values in real time
WO2023071442A1 (en) Data processing method and apparatus
US9797726B2 (en) Reduced-order fail-safe IMU system for active safety application
EP3117183A1 (en) Method and device for determining navigation data
RU2513157C1 (en) Method of flawless control of ship in depth
CN105180944B (en) A kind of hull slipspeed error judges compensation method
Conte et al. Evaluation of hydrodynamics parameters of a UUV. A preliminary study
RU2492105C1 (en) Method of ship control with compensation of disturbances
RU2536011C2 (en) Fail-safe ship control system
KR102750552B1 (en) Apparatus and method for sensor fault diagnosis using sensor fusion algorithm and sliding mode observer
Ivanyuk et al. Decision-making technology for changing the performance characteristic of the adaptive wheeled movers of complex robotic systems
Ossmann et al. Optimization-based tuning of LPV fault detection filters for civil transport aircraft
JP2008116339A (en) Sensor device, and vehicle control system with same
RU2531999C1 (en) Hydrofoil ship faultless careen abatement
RU2532000C1 (en) Ship faultless acs
RU2072547C1 (en) Device for control of ship movement
JP2022116461A (en) Sensing correction device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181225