Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КНОПОЧНОГО РЕЗЕРВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СУДОВ С НЕСКОЛЬКИМИ РУЛЯМИ

Изобретение относится к системам ручного управления движением судов с несколькими рулями по курсу, например к системам ручного управления судами на подводных крыльях или судами с каверной.

Известен способ ручного управления судном по курсу, при котором в зависимости от требуемого направления перекладки руля нажимают одну из кнопок "лево" или "право", обеспечивающих включение исполнительного механизма электрогидравлической рулевой машины, механически связанной с рулем и датчиком положения руля, истинное положение руля контролируют по указателю положения руля, электрически связанному с датчиком положения руля, и отпускают нажатую кнопку при достижении рулем требуемой перекладки.

Указанный способ реализован, например, в системах автоматического управления судами по курсу (авторулевых), работающих по принципу регулирования по отклонению и содержащих исполнительные приводы рулей, кнопки управления "лево", "право", датчики и указатели положения рулей, блоки выработки управляющих воздействий и другие элементы и устройства, обеспечивающие работу системы в целом, в том числе и в ручных режимах управления - штурвальном следящем и кнопочном простом. (См., например, книгу "Системы автоматического управления движением судна по курсу". Авторы: Березин С.Я., Тетюев Б.А, Л., "Судостроение", 1990 г., с.16.). Переход на ручное штурвальное управление производят в этих системах при необходимости сложного маневрирования судном по курсу, а переход на кнопочное резервное управление - при выходе из строя систем следящего и автоматического управления.

Недостатком известного способа является то, что в случае необходимости управления одновременно двумя и более рулями на судне требуется установка специально предназначенных для этого рулевых машин (например, типа РМ12 завода им. Гаджиева), посредством которых все рули механически связывают друг с другом, что оказывается возможным только при определенном пространственном расположении рулей.

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенному является способ кнопочного резервного управления, заключающийся в том, что в зависимости от требуемого направления перекладки нажимают одну из кнопок "лево", "право", соответствующих выбранному для управления рулю, и обеспечивают включение соответствующего рулю электрогидропривода (в составе рулевой машины и исполнительного механизма к ней), который механически связывают с соответствующим рулем и датчиком положения руля, а перекладку контролируют по указателю положения выбранного руля, который электрически связывают с соответствующим датчиком положения руля (см. книгу "Технические средства судостроения", авторы Воронов В.В., Перфильев В.К. и Яловенко А.В., М., "Транспорт", 1988 г., с.303-312).

Недостаток известного способа заключается в том, что при наличии на судне двух и более рулей и независимой реализации описанного способа кнопочного управления для каждого руля в отдельности от автономных кнопок "лево", "право" такое ручное управление, особенно для быстроходных и высокоманевренных судов, представляет для человека определенные трудности, обусловленные необходимостью нажимать при управлении все имеющиеся кнопки и одновременно следить за окружающей обстановкой и положениями рулей по всем имеющимся указателям. Если же осуществить управление сразу всеми рулями от одних и тех же кнопок, то из-за разных задержек срабатывания приводов, неодинаковости скоростей и диапазонов перекладки рулей и явлений "сползания" между положениями рулей при таком управлении в конце концов может возникнуть недопустимо большое рассогласование.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача создания такого способа кнопочного резервного управления судном с несколькими рулями, при котором при использовании автономных рулевых машин в приводе каждого руля и обеспечении возможности ручного управления всеми рулями от одной какой-либо пары кнопок "лево", "право" происходит автоматическое согласование (в частном случае выравнивание) рулей, что значительно облегчает ручное управление судами по курсу и допускает произвольное пространственное расположение рулей на судне.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ кнопочного резервного управления для судов с несколькими рулями, при котором нажимают в зависимости от требуемого направления перекладки одну из кнопок "лево", "право", соответствующих выбранному для управления рулю, и включают соответствующий рулю привод, который механически связывают с соответствующим рулем и датчиком положения руля, а перекладку контролируют по указателю положения руля, который электрически связывают с соответствующим датчиком положения руля.

Новым в предложенном способе является то, что команду на перекладку выбранного для управления руля от нажатой кнопки транслируют на все остальные приводы рулей, а после отпускания кнопки с помощью вычислителя положения остальных рулей автоматически согласовывают с положением выбранного для управления руля по информации с датчиков положения рулей.

Технический результат заявленного изобретения состоит в облегчении ручного управления движением судов с несколькими рулями по курсу, в особенности для высокоскоростных и маневренных судов с рулями, имеющими различные диапазоны перекладки, а также в снятии ограничений на пространственное расположение рулей на судне.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Примером реализации заявленного способа может служить система кнопочного резервного управления судна (см. чертеж), которая содержит N пар (по числу рулей) кнопок 1 "лево", "право", нормально замкнутые переключаемые контакты которых подключены к шине 2 логического нуля, нормально разомкнутые контакты подключены к шине 3 логической единицы, а непереключаемые контакты соединены с соответствующими входами первой группы вычислителя 4 согласования рулей и с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ 5, вторые входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам вычислителя 4 согласования рулей, а выходы подключены к соответствующим управляющим входам N пар оптореле 6, объединенных по выходу в каждой паре и подключенных к соответствующим электрогидроприводам рулей, механически связанным с соответствующими рулями 8 и датчиками положения руля 9, подключенными к соответствующим указателям 10 положения руля и к соответствующим входам второй группы вычислителя 4 согласования рулей, управляющий вход которого подключен к шине 11 режима управления. Входы управляющего напряжения всех первых оптореле 6 в каждой паре подключены к шине 12 первого управляющего напряжения U₁, а входы управляющего напряжения всех вторых оптореле 6 в каждой паре подключены к шине 13 второго управляющего напряжения U₂. Источником управляющих напряжений переменного тока разной фазы U₁ и U₂ на шинах 12 и 13 может служить, например, силовой трансформатор (на чертеже не показан).

Способ реализуется следующим образом. В режиме согласованного управления на шину 11 режима управления подают, например, из пульта управления системой (на чертеже не показан) сигнал логической единицы. Вычислитель 4 согласования рулей сразу же после включения переводят в режим согласованного управления, при котором реализуют алгоритм согласования рулей, в простейшем случае заключающийся в их выравнивании: для каждого i-го руля по информации с соответствующих датчиков положения руля 9 вычисляют разность Δ_i=δ_i-δ_в,

где δ_в - положение выбранного руля, номер которого определяют в вычислителе 4 после нажатия какой-либо из кнопок 1 управления "лево", "право" и при включении системы по умолчанию принимают равным, например, единице,

δ₁ - положение i-го руля (l≤i≤N), которое подают в вычислитель 4 на входы второй группы входов с выходов соответствующих датчиков 9 положения руля, при этом положение рулей вправо от среднего (нулевого) положения считают положительным, влево - отрицательным.

В случае, если |Δ_i|>Δ, где Δ - некоторая заданная величина и кнопки 1 "лево", "право" не нажаты, на входы первой группы вычислителя 4 подают сигналы логического нуля и с помощью вычислителя 4 в зависимости от разности Δ_i вырабатывают разовую команду в виде сигналов логической единицы на соответствующих i-му каналу входах "лево" или "право", которую подают на соответствующие входы логических элементов ИЛИ 5 i-го канала управления. При положительном знаке разности Δ_i указанную команду выдают на логический элемент ИЛИ 5, подключенный к кнопке 1 "лево", при отрицательном - на логический элемент ИЛИ 5, подключенный к кнопке 1 "право", включая тем самым соответствующие оптореле 6 и подключая управляющее напряжение переменного тока U₁ с шины 12 или U₂ с шины 13 соответствующей фазы к i-му электрогидроприводу руля 8, чем обеспечивают перекладку i-го руля 8 в нужную сторону.

Когда Δ_i по абсолютной величине станет меньшим или равным Δ, с помощью вычислителя 4 согласования рулей снимают команду управления, отключая тем самым запитку исполнительного механизма рулевой машины электропривода 7 через соответствующее оптореле 6 и останавливая i-й руль 8 (внутренние элементы электрогидропривода 7 на чертеже не показаны). Поэтому, если до включения системы рули 8 находились в рассогласованных положениях, то после включения системы все они с точностью ±Δ автоматически установятся в положение выбранного по умолчанию (например, первого) руля, то есть произойдет в данном случае автоматическое выравнивание рулей 8.

Для того чтобы переложить одновременно все рули 8 в ту или иную сторону в режиме согласованного управления нажимают и удерживают до нужной перекладки соответствующую требуемой стороне перекладки кнопку 1 "лево" или "право" любой пары. При этом вычислитель 4 заставляют транслировать выдаваемую нажатой кнопкой 1 команду через соответствующие элементы ИЛИ 5, оптореле 6 и электрогидроприводы 7 на все остальные рули 8. Угол перекладки рулей 8 пропорционален времени удержания кнопки управления 1 в нажатом состоянии, а истинное положение рулей 8 контролируют по указателям 10 положения рулей. Чтобы остановить перекладку рулей 8, отпускают нажатую кнопку 1. При этом разрываются цепи питания обмотки управления двигателей исполнительных механизмов рулевых машин электрогидроприводов 7, а пружины нулевого установителя этих механизмов вернут управляющие органы насосов рулевых машин в нулевое положение (на чертеже внутренние элементы электрогидроприводов 7 не показаны). Перекладка рулей 8 прекратится.

После этого вычислитель 4 согласования рулей переводят в состояние вычисления величин Δ_i для каждого i-го руля 8, причем в качестве выбранного руля для расчетов выбирают тот руль 8, кнопка 1 управления которого была нажата при перекладке, и в соответствии с результатами вычислений, как было описано выше, с помощью вычислителя 4 вырабатывают команды на дополнительные перекладки рулей 8 в согласованное с выбранным рулем положение. В результате через минимально возможное время после отпускания кнопки 1 управления все рули 8 окажутся в согласованном положении. При этом согласование рулей осуществляют либо однократными командами с вычислителя 4 для каждого руля (один раз после отпускания кнопок), либо повторяющимися командами (один раз за установленный в вычислитель 4 цикл вычислений). В последнем случае реализуют возможность автоматического устранения сползаний рулей (в том числе и выбранного руля) по запомненному в вычислителе 4 его положению на момент отпускания кнопок 1 управления. При этом величину Δ выбирают из условия устойчивости релейного управления (в частности, величина Δ не должна быть меньше возможной перекладки руля от момента снятия управляющего напряжения до полной остановки руля).

В режиме независимого управления на шину 11 подают сигнал логического нуля, по которому вычислитель 4 заставляют установить на всех своих управляющих выходах, подключенных к логическим элементам ИЛИ 5, сигнал логического нуля. При этом реализуют возможность независимого управления каждым рулем 8 в отдельности от своих кнопок 1 "лево", "право" через соответствующие элементы ИЛИ 5, оптореле 6 и электрогидроприводы 7.

В рассмотренном примере реализации предложенного способа могут быть применены электрогидроприводы, у которых золотниковые механизмы приводятся в действие электрогидроклапанами постоянного тока (например, на основе рулевых агрегатов типа РА-3 Павловского машиностроительного завода "Восход"). Но при этом вместо оптореле переменного тока используют оптореле постоянного тока, объединяют между собой шины 12 и 13 управляющих напряжений (U₁=U₂=U) и выходы в каждой паре оптореле подключают к электрогидроприводам без объединения между собой.

Таким образом, предложенный способ кнопочного резервного управления с автоматическим согласованием рулей позволяет значительно облегчить задачу кнопочного управления всеми рулями одновременно, поскольку нажимать при управлении требуется только одну из кнопок и выставлять перекладку по указателю положения только одного выбранного руля. Остальные рули отрабатывают за выбранным рулем автоматически и после отпускания кнопки также автоматически устраняют свое рассогласование, появившееся в процессе отработки.

В такой системе рассогласования между положениями рулей не накапливаются, и разбег между ними не превышает некоторой заданной величины. В то же время каждый руль управляется от автономной рулевой машины, рули между собой механически не связаны, могут занимать произвольное пространственное положение и иметь различные диапазоны перекладки. Вместе с тем обеспечивается возможность независимого управления рулями, что бывает необходимо, например, при испытаниях судна или в аварийных ситуациях.