Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ С ДИАГНОЗОМ СБОЕВ

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения - автоматизации управления движением корабля, в частности к методам управления движением корабля с непрерывным диагностированием исправности работы отдельных модулей системы автоматического управления движением (САУД) корабля и автоматической перестройкой САУД для сохранения ее работоспособности в процессе автоматического управления движением корабля при появлении сбоя в отдельных модулях системы.

Известен способ повышения качества измеряемой информации в САУД путем сравнения измеренных сигналов, полученных с использованием моделей процесса (Система восстановления параметров движения корабля. // Сборник трудов Совета по управлению движением судов, выпуск XX, изд. ИЛУ РАН, 1993 г., Москва). Известен также способ диагностирования отдельных элементов САУД корабля в процессе работы, используемый в системе автоматического управления курсом судна (патент России №2012919) и принятый нами качестве прототипа. В способе стабилизации курса судна используют сигналы текущего угла курса φ и скорости изменения курса ω из измерительного блока САУД и сигнал заданного значения угла курса φ_зд из модуля задания программ управления, которые водят в вычислитель для формирования сигнала заданного угла перекладки руля δ_зд, который вводят в рулевой привод (исполнительные средства управления движением). Одновременно диагностируют возможность появления сбоя сигнала текущего угла курса φ в измерительном блоке САУД, с этой целью использован также сигнал оценки курса из электронной модели движения судна φ_мод. Появление сбоя формируют в виде модуля сигнала разности:

При выполнении условия (1) сигнал индикации о сбое выдают на соответствующие индикаторы.

К недостаткам рассмотренного способа диагностики сбоя в измерительном блоке САУД следует отнести:

- индикатор сбоя отмечает только расхождение сигналов измерительного блока САУД относительно сигналов, полученных на модели движения судна, а где произошел сбой - в измерительном блоке САУД или в модели движения судна - не известно,

- если произошел сбой в измерительном блоке САУД, рассмотренный способ диагностирования выдаст только информацию о сбое, а судно при этом окажется без управления.

Целями предлагаемого способа управления движением корабля с диагностикой являются выявление появившегося сбоя в измерительном блоке САУД и перестройка архитектуры САУД для обеспечения отказобезопасного автоматического управления движением корабля.

Предложенный способ позволяет:

- достоверно диагностировать сбой в САУД,

- изменять структуру функционирования САУД для обеспечения отказобезопасного автоматического управления движением корабля. (Рассматривается случай при сбое происходящем только в блоке формирования измеряемой информации САУД.)

Способ диагностирования сбоя в САУД и изменения структуры функционирования САУД базируется на использовании: измерительного блока САУД, первого вычислителя, исполнительных средств управления движением и модуля задания программ управления. Сигнал заданного значения угла курса φ_зд, сформированный в модуле задания программ управления, вводится в первый вычислитель, на вход которого также вводится сигнал текущего курса φ и угловой скорости ω из измерительного блока САУД. На выходе первого вычислителя формируется управляющий сигнал исполнительными средствами управления движением (рулевым приводом) δ_зд:

где δ_зд - заданное значение угла перекладки руля,

К_i - коэффициенты регулирования.

Для диагностирования появления сбоя и перестройки САУД дополнительно используют: блок диагностики, второй вычислитель, блок коррекции управления и автономный измеритель курса.

В блок диагностики вводят сигналы:

- текущего курса φ_а из автономного измерителя курса,

- текущего курса φ и угловой скорости ω из измерительного блока САУД,

- заданного значения угла курса φ_зд из модуля задания программ управления.

В блоке диагностики формируют сигнал сбоя измерительного блока САУД при выполнении двух условий:

где C₁, С₂ - постоянные значения, задаваемые судоводителем.

Сигнал сбоя вводят в блок коррекции управления для отключения:

- управляющего сигнала исполнительными средствами, сформированного по зависимости (2) от исполнительных средств управления движением,

- подключения к исполнительным средствам управления движением сигнала корректируемого управления δ_{зд. корр}, который формируется во втором вычислителе:

где ω_a=d/dt φ_a - сигнал угловой скорости, восстановленный с использованием сигнала φ_a c автономного измерителя курса.

Во второй вычислитель вводят сигналы:

- текущего курса φ_а из автономного измерителя курса,

- заданного курса φ_зд из модуля задания программ управления.

Замена управления по зависимости (2) корректированным управлением по зависимости (2а) позволяет осуществить отказобезопасное автоматическое управление движением корабля в заданном режиме эксплуатации.

На чертеже приведена система автоматического управления движением (САУД) корабля с диагностикой измеряемой информации и перестройкой структуры управления, в которой реализован предложенный способ. Система содержит: 1 - измерительный блок САУД, 2 - блок диагноза, 3 - автономный измеритель курса, 4 - модуль задания программ управления, 5 - первый вычислитель, 6 - блок коррекции управления, 7 - второй вычислитель, 8 - исполнительные средства управления движением, 9 - корабль (объект управления).

При реализации рассматриваемой системы измерительный блок САУД 1 может быть типа «Мининавигация» (разработки ЦНИИ «Электроприбор», С.-Петербург); автономный измеритель курса 3 - это инерциальный измерительный модуль типа «ИСОН-1» также разработки ЦНИИ «Электроприбор»; вычислители 5, 7 можно реализовать на типовых микроконтроллерах; исполнительные средства управления движением 8 - корабельные рулевые приводы; блок коррекции управления 6 - электромагнитное реле.

Описание работы САУД корабля с диагностикой сбоя в модуле измеряемой информации и перестройкой архитектуры управления

Автоматическое управление движением корабля формируется в модуле задания программ управления 4 в виде задания сигнала направления движения корабля φ_зд, который поступает в первый вычислитель 5, в который также вводится текущий курс φ и сигнал угловой скорости ω из измерительного блока САУД 1. На выходе первого вычислителя 5 формируется управляющий сигнал исполнительными средствами управления движением (рулевым приводом) δ_зд в соответствии с зависимостью (2).

Управляющий сигнал δ_зд через блок коррекции управления 6 поступает на вход исполнительных средств управления движением 8, что приводит к движению корабля по заданному маршруту.

Достоверное выявление сбоя измерительного блока САУД осуществляется в блоке диагностики 2. С этой целью к блоку диагностики подключены сигналы: φ и ω из измерительного блока САУД 1 и φ_а из автономного измерителя курса 3 для формирования условия (3). При удовлетворении условий по зависимостям (3) в блоке диагностики формируется сигнал изменения структуры САУД, который поступает в блок коррекции управления 6, что вызывает срабатывание реле, которое отключает управляющий сигнал δ_зд от исполнительных средств управления движением 8, а сигнал корректируемого управления δ_{зд корр}, который формируется во втором вычислителе 7 в соответствии с зависимостью (2а), подключает к входу исполнительных средств управления движением 8. При этом несмотря на сбой в измерительном блоке САУД 1 будет сохранено автоматическое управление кораблем в соответствии с заданным маршрутом (текущий курс судна будет поддерживаться заданного значения: φ=φ_зд).

Проведенное моделирование с использованием электронной модели САУД с диагностикой и перестройкой структуры управления подтвердило эффективность использования предложенного способа диагностирования САУД с перестройкой архитектуры при сбое.