АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ С БЛОКОМ ДИАГНОСТИКИ

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения - автоматическому управлению движением корабля с диагностированием исправности работы модуля системы и автоматической перестройкой аппаратуры при появлении сбоя в модуле - вычислителе системы для сохранения работоспособности аппаратуры.

Известна система автоматического управления движением корабля, в которой путем сравнения входной измеренной информации с информацией, полученной от электронной модели процесса управления движением корабля, выявляется появление сбоя в системе управления («Система восстановления параметров движения корабля». // Сборник трудов междуведомственного Совета по управлению движением судов, выпуск XX, изд. ИПУ РАН, 1993 г., Москва). Известна также аппаратура автоматического управления движением корабля с диагностированием исправности отдельных блоков в процессе работы («Аппаратура автоматического управления движением судна», патент России №2155142, принятый нами в качестве прототипа).

В этой аппаратуре используют измерительный модуль текущего угла курса - φ и скорости изменения курса - ω, а также модуль задания угла курса - φ_зд. выходы которых подключены к входу вычислителя системы (сумматору). В модуле вычислителе системы формируется заданное значение угла перекладки руля - δ_зд.:

где δ_зд. - заданное значение угла перекладки руля,

K_i - коэффициенты регулирования.

Выход вычислителя системы подключен к входу рулевой системы. Сигналы заданного угла перекладки руля с выхода рулевой системы - δ и модельного угла перекладки руля с выхода электронной модели рулевой системы с регулятором - δ_модели вводят на индикатор. При разности сигналов более допустимой величины C₁ индикатор срабатывает, информируя судоводителя о сбое:

К недостаткам рассмотренной аппаратуры автоматического управления движением судна с диагностикой следует отнести:

- индикатор сбоя отмечает только расхождение сигналов в аппаратуре автоматического управления движением относительно сигналов, полученных на электронной модели рулевой системы с регулятором, а где произошел сбой: в самой аппаратуре автоматического управления движением или в электронной модели рулевой системы с регулятором не выявляется,

- если произошел сбой в рулевой системе с регулятором, аппаратура выдаст только информацию о сбое, при этом создавшаяся аварийная ситуация (судно окажется без управления) ждет своевременного и правильного участия судоводителя в процессе управления кораблем.

Целью создания аппаратуры автоматического управления с блоком диагностики является достоверное выявление сбоя в вычислителе системы и автоматическая перестройка аппаратуры для обеспечения отказобезопасного автоматического управления движением корабля при сбое в модуле вычислителя системы. (Рассматривается только случай появления сбоя в модуле вычислителя системы).

Работа предлагаемой аппаратуры и перестройка ее архитектуры при выявлении сбоя основана на использовании:

- измерительного модуля,

- блока диагностики,

- модуля задания угла курса,

- модуля вычислителя системы,

- электронной модели модуля вычислителя системы,

- переключателя с рулевой системой.

Заданное значение угла курса - φ_зд., сформированное в модуле задания угла курса, вводится в модуль вычислитель системы, на вход которого также подключен сигнал текущего курса - φ из измерительного блока. На выходе модуля вычислителя системы вырабатывается заданное значение угла перекладки руля - δ_зд. в соответствии с зависимостью (1), которое поступает через переключатель на вход рулевой системы. Таким образом осуществляется автоматическое управление движением корабля по заданному направлению в нормальных условиях эксплуатации.

На вход электронной модели модуля вычислителя системы подключены:

- выход измерительного модуля - φ,

- выход модуля задания угла курса - φ_зд..

На выходе электронной модели модуля вычислителя системы вырабатывается заданное модельное значение угла перекладки руля:

Диагностирование появления сбоя в модуле вычислителя системы производится в блоке диагностики. На вход блока диагностики вводится:

φ - текущий курс из измерительного модуля,

φ_зд. - заданное значение угла курса из модуля задания угла курса.

δ_зд. - заданное значение угла перекладки руля из модуля вычислителя системы,

δ_{зд. модели} - модельное заданное значение угла перекладки руля из электронной модели модуля вычислителя системы.

В блоке диагностики формируются два условия выявления сбоя в модуле вычислителя системы:

и

где C₁, C - постоянные значения, задаваемые судоводителем. Выход блока диагностики подключен к входу переключателя, на два других входа которого подключены выходы модуля вычислителя системы - δ_зд. и электронной модели модуля вычислителя системы - δ_{зд. модели}. При выполнении условия (3) в переключателе вырабатываются сигналы переключения рулевой системы с закона (1) на закон (1а). Выход переключателя подключен к рулевой системе. Таким образом при сбое осуществляется перестройка законов управления движением корабля. Из рассмотрения этих законов управления следует, что при сбое в модуле вычислителя системы, последний отключается от рулевой системы, а к входу рулевой системы подключается δ_{зд. модели} - модельное заданное значение угла перекладки руля из электронной модели модуля вычислителя системы. Таким образом обеспечивается отказобезопасное автоматическое управление движением корабля при появлении сбоя.

На чертеже приведена блок-схема аппаратуры управления движением корабля с блоком диагностики.

Аппаратура содержит: измерительный блок 1, блок диагностики 2, модуль вычислитель системы 3, рулевую систему 4, модуль задания угла курса 5, электронную модель модуля вычислителя системы 6, переключатель 7, корабль 8 (объект управления).

При реализации аппаратуры рассматриваемой системы:

- измерительный модуль 1 может быть принят типа «Мининавигация» (разработки ЦНИИ «Электроприбор», С.Петербург);

- блок диагностики 2 может быть реализован на микросхемах типа 140 УД-6;

- модуль вычислитель системы 3 может быть реализован на микросхемах типа 140 УД-6 и 140 УД-8,

- рулевая система 4 - штатная корабельная рулевая машина,

- модуль задания угла курса 5 - типовой микроконтроллер,

- электронная модель модуля вычислителя системы 6 реализуется на микросхеме 140 УД-6.

- переключатель 6 реализуется на электромагнитном реле.

Описание работы аппаратуры

Закон автоматического управление движением корабля в нормальных условиях эксплуатации формируется в соответствии с зависимостью (1) в модуле вычислителя системы 3 с использованием текущего угла курса - φ и угловой скорости - ω, которые поступают из измерительного модуля 1, а также задания направления движения корабля - φ_зд., которое поступает из модуля задания угла курса 5. Сформированное задание угла перекладки руля - δ_зд. с выхода модуля вычислителя системы 3 поступает через переключатель 7 на вход рулевой системы корабля. При появлении сбоя в модуле вычислителе системы 3 в переключателе 7 сработает реле, которое переключит вход рулевой системы 4 к выходу электронной модели модуля вычислителя системы 5. Закон управления при этом изменится с зависимости (1) на зависимость (1а), обеспечив тем самым безотказное автоматическое управление движением корабля.

Рассмотрим, как диагностируется появление сбоя в модуле вычислителя системы 3 и срабатывание реле при этом в переключателе 7. На вход блока диагностики 2 подключены выходы: измерительного модуля 1 (угол текущего курса - φ), модуля задания угла курса 5 (угол заданного направления движения корабля - φ_зд.), модуля вычислителя системы 3 (задание угла перекладки руля - δ_зд.), электронной модели модуля вычислителя системы 6 (заданное модельное значение угла перекладки руля δ_{зд. модели}). В блоке диагностики формируется зависимость (3) и при удовлетворении двух условий зависимости (3) (при появлении сбоя в модуле вычислителя системы 3) выдается команда в переключатель 7 (на срабатывание реле). При этом, несмотря на сбой в модуле вычислителя системы 3, корабль будет продолжать двигаться по заданному направлению.

Проведенное моделирование предложенной аппаратуры автоматического управления движением корабля с блоком диагностики подтвердило эффективность ее использования.