Авторулевой, реализующий пропорционально- интегрально- дифференциальный закон управления

Авторулевой, реализующий пропорционально- интегрально- дифференциальный закон управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ 2I3943

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Ссветскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21с, 46/50

65as 5

Заявлено 12.111 1966 (№ 1061666/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 20.111.1968. Бюллетень K-.. 11

Дата опубликования описания 11 VI.1968

МПК О 051

В 63b

УДК 621-551.454: 629..12-52 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Мииистров

СССР

Авторы изобретения A. Ф. Таратин, М. М, 111варц„Д. Н. Мордовчеико и А. И. Суриков

Заявитель

АВТОРУЛЕВОЙ, РЕАЛИЗУ1ОЩИЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЗАКОН УПРАВЛЕНИЯ

Известны авторулевые, в которых за|кон управления реализуется на электромехагнических элементах.

Предложенный а вторулевой отличается от известных тем, что в нем установлены многофункциональные цифровые интеграторы. Это повьгшает точность удержания судна на заданном ку рсе.

На фиг. 1 изображена функциональная схема цифрового авторулевого: на фиг. 2— функциональная схема преобразователя вал— цифровая последовательность импульсов; на фиг. 3 — функциональная схема цифрового интегратора; на фиг. 4 — функциональная схема вычислительного устройства цифрового авторулевого.

На чертежах приняты следуюшие обозначения; 1 — гирокомпас; 2 — штурвал; 8 — меха нический дифференциал; 4 †.преобразователь вал — ци фргувая последовательность им пульсов; 5, б и 7 —,рукоятки (штурвальчи ки); 8, 9 и 10 — преобразователи вал — цифровая последовательность им пульсов; 11 — цифровое вычислительное устройство; 12 — преобразователь цифровых последовательностей импульсов; 18 — реверсивный регистр; 14 —,генератор им пульсов; 15 — переключатель; 1б— схема у правления; 17 — усилитель; 18 — коммутатор шагового .двигателя; 19 — шаговый двигатель; 20 — редуктор; 21 — рулевая машина; 22 — преобразователь вал — цифровая!последователь ность импульсов; 23 — дичок с светопроводящими щелями; 24, 25 .и 26— фотоэлементы; 27 и 28 — статические трипгеры; 29» 30 — логичеакие ячейки «И»; 31— логическая ячейка «ИЛИ»; 82, 83 — логические я гсйки запрета; 84, 85, 8б, 87, 88, 89, 40, 41, 42 и 43 — логические ячейтси «И»; 44, 45, 4б и 47 — логические ячейки «ИЛИ»; 48 — линия задержки; 49 и 50 —; 51 и 52— цифровые интеграторы, работающие в режиме интсгрирования; 58, 54 .и 55 — цифровые ингеграгоры, работа.ощие в режиме масштабных интеграторов; 5б и 57 — цифровые интсгра горы, заботающие в режиме нулевых органов.

Ра ботает цифровой авторулевой следующим образом.

Гирокомпас 1 определяет угол рассогласо вания по курсу судна. Штурвал 2 служит для работы авторулевого в режиме следящего управления и для,ввода разовых поправок в |режиме авто.патического управления. Механический дифференциал 8 осуществляет сложение углов поворота вала гирокомпаса и штурвала. Поскольку вычислительное устройство авторулевого работает на основе цифровых интеграторов, то поступающую информацию необходимо представить в виде цифровой последовательности импульЗО сов. С этой целью в авторулевом применены преобразователи 4, 8, 9, 10 и 22. Кроме того, 213943 он и кодируют угловые перемещения вала в последо вательность .импульсов (см. фиг. 2) .

Для обеспечения работы цифровых .интеграторов, выход с преобразователя осуществляется по двум ка налам. По первому каналу líàличие импульсов соотвегсгвует наличию прира щения поступающей на преобразавательинформации, !!о второму:ка налу наличие !!м пульсов соответствует положительному irrpHparrreнию.

С этой целью на валу:устана вл!!вается диск

28 со свето праводящими щеляз!и. Для определения HalrlpaBления вращения диска применены три фотоэлемента 24, 25 и 6, размещенные друг относительно друга на 2!3 расстояния между щелями. В зависимости от на правления вращения ди ока 28 на выходе фотоэлементов будет вози!!кать апределенная оче редность сигналов. Для различения .последовательностей применены статические триггеры27 и 28,,две логические ячейки «И» 29 н 80 и логическая ячейка «ИЛИ» 81.

Сигнал, возникающий на выходе фотоэлемента 24, устана вливает статические триггеры

27 и 28 в единичное состояние, в результате сипнал пасгупает на логические яче!4ки «И» 29 и 80. Затем в зависимости от того, какой срабаты вает фотоэлемент 25 или 26, образуется сигнал на выходе лагичеоких ячеек 29 и 80.

При |срабатывании ячейки 29, что соответствует «положительному» направлению вращения вала, сигнал выходит lrlo двум,каналаM: ло каналу, соответствующему «знаку приращения» и через ячейку «ИЛИ» 81 lrro ка нал у

< прира щен и е». При п ротивоположном направлении вращения вала ора баты вает ячейка «И»

80, и сипнал вы.ходит толико по ка,нал у « п р.ира)цение».

Вычислительное устройство 11 построено на основе цифровых интеграторав па|раллельнаго т,ипа.

Интегратор состоит из двух регистров 49 и

50, логических схем «И» 84, 85, 86, 87, 88, 39, 40, 41, 42 и 48, лагичеоких схем «ИЛИ» 44, 45, 46 и 47, лагичеоких lcxeM «Запрет» 82, 33 и ли нии задержки 48.

Цифровой интепратор,и меет .два входа: лодинтегральной функции и независимой переменной. Ин форма ция по каждому, входу поступает по двум каналам. На вход подынтетральной функции у информация, свидетельствующая о .наличии приращекия Т!, поступает на ячейки 82 и 84. Информация, свидетельствующая о знаке прира щения dy, поступает ва ячейку 84 и на за прещающий вход ячейки 82.

В зависимости от знака приращения ана поступает на суммирующий .или вычитающ ий вход реверсивного регистра 49.

Независимая переменная dx аналогично подинте!1рально!! функции dg посгупает по двум каналам: по каналу Т2, соотвегствующему наличию приращения, и по ка налу dx, соогветствую щем у знаку приращения.

При положительном ариращении неза|виоимой переменной кад, IgcTaHQBJIQHHbIH в рвгистЗ5 где р — угол перекладки руля;

rp — угол раасагласования по,Klypcy;

ai(v), az(v), a»(v) —:коэффициенты передачи, я вляюц!!иеся функциями измеряемых параметрав.

Цифровые интеграторы 52 и 56 служат для вычи!сления производной от входного сигнала !!о щремени. С этой целью и нтегратар 52 работает в режиме интегриравания, .интегратор

45 56 — IB режиме нулевого органа. Цифровой интегратор 51 работает,в режиме интегрирования .и служит .для .вычисления интеграла от входного сигнала по времени.

Интеграгары 58, 54 и 55 работают в режиме

50 маошта бных .интеграторов и служат для умяожения входного сигнала производной и HiHтеграла от входного сигнала на коэффи|циенты передачи соответственно а!(ю), а (ц), rrra (! ).

Указанные коэффициенты могут изменяться

55 автоматически ври поступлении информации.

Сложение составляющих управляющей функции осуществляется lHa цифровом интеграторе 57, который ра ботает,в режиме нулевого органа. Кроме того, на вход и нтеграто!ра

60 57 падается сигнал обратной связи, прапорциональный углу перекладки руля.

Исполнительны м органном предлагаемого цифрового а вторулеваго,служит шаговый двигатель 19, который воздействует на упра вляю65 щий ортан рулевой машины 21.

30 ре.49, через ячейки «И» 40, 41, 42, 48 и ячейки «ИЛИ» 44, 45, 46 и 47 складывается с кодам, за пксанныM в региспре 50. При отрицательном приращении независимой переменной дх к коду, находящемуся в регистре 50, с иомощью ячеек «И» 86, 87, 88, 89 и ячеек «ИЛИ»

44, 45, 46, 47 прибавляется обратный ко| числа, записанного в регистре 49.

С помощью линии задержки 48,,к младшему разряду регистра 50;при ба вляется «единица», обращающая обрагный код в код дополнительный. Пр и образавании переполнения в регистре 50 на старейшем его разряде образуются импульсы.

Путем соответствующего соединения цифро|вых интепрагаров можно реализовать различные математические зависимссти.

Цифровое вычислительное устройство 1( служит для формирования управляющего сигнала.

В предлагаемом цифровом а вторулевом для улучшения качества регулирования в закон упра вления судном введена пер вая производная от:угла рассогласования по курсу. Для компенсации статической ошибки, вызванной несимметри чным pbrlcKaHHQM судна, в закон управления нведен интеграл от угла рассогласован ия по курсу по,времени. Закон регули рования, IIIðèíÿòûé при настроении цифрового àBторулевого имеет вид

) = а! (о) р + a (v) + а, (v)e й, dt

213943

20

55

У»ра вляетcя рулсвая машина следую:ци I образом. Последовательность имспульсов, выработанная iB;BI,I IHoлительном устройстве 11, поступает на,преобразователь 12 по двум каналам: .по ка налу, соответствующему наличию цриращения, и по каналу, соответствующему наличию полож»тельного приращения.

Преобразователь 12 решает логичесгк»е схемы «И» и «Запрет». На выходе,преобразователя и нформация будет выходить по двум кана IBM: по каналу, соответствующему положительному прираще»ию, и по каналу, соответспвующему отрицательному п риращению. Полученные последовательности импульсов .поступают соответствен»о на суммирующий или вычитающий входы реверсивного регистра 18.

При наличии кода в этом регистре схема управления 1б пропускает серию импульсов от генератора тактовых импульсов на электронный усилитель 17. Далее импульсы поступают к коммутатору 18 шагового двигателя. Последний управляет вращением шагового двсигателя 19, вал которого через редуктор 20 соединен с иополни1ельным органом, рулевой iIBшины.

HB выходном валу рулевой машины стоит преобразователь вал — цифровая,последовательность 22. Эта цифровая последовательность поступает»а цифровой интегратор 57 свычислительного устройства.

Предлагаемыи цифровой авторулевой ðBooтает в трех режимах — автоматического, следящего и простого управления.

В режиме автоматичеакого управления вал принимающего сельсина гироком паса 1 через механический дифференциал 8 соединен с преобразователем 4. I 1а выходе преобразователя

4 вырабатывается последовательность импульсов, «cKopocTL» которой будет пропорциональна углу рассогласования по курсу.

Цифровая информация с указан<ного преобразователя поступает в вычислительное устройство 11, где формируется управляющий сигнал.

Коэффициенты .передачи aI(v), a(v), а„Ы) вводятся вручную с помощью рукояток 5, б, 7 и преобразователей 8, 9, 10 ил» автоматически от датчиков, измеряющих параметры движения судна. Вычисленная управляющая функция через преобразователь 12 .поступает на реверсивный регистр 18. При наличии отличной от нуля информации в реверсивном регистре 18 через схему управления 1б и усилитель 17 и ми ул ьсы от генератора |поступ ают на коммутатор шагового двигателя. Коммутатор шагового двигателя 18 управляет вращением шагового двигателя 19, который через редуктор 20 поворачивает управляющий орган рулевой машины 21.

Сигнал обратной связи образуется с по,м гнею »рс бгазователя 22,и поступает в вычисл »гольное,стройство 11.

Работа цифрового а вторулевого в режиме следящего управления отличается от режима автоматического управления только тем, что угол рассогласовасния по курсу вводится вручную с помощью штурвала 2 и через механ»чес кий дифференциал 8 поступает к преобразователю 4.

В режиме простого управления импульсы от генератора GHHxpoII»çèðóþùèõ импульсов 14 через переключатель 15 непоаредственно через схему управления 1б поступают на усилитель 17.,далее у равление рулевой машиной осуществляется как а режиме автоматического упоавления. Б режиMe »простого управления вычис:птельное устройство в работе не учасгвует.

Предмет»зобретения

Лвторулевой, реализующий п ро порциснально-инт. граль;,о-дифференциальный закон yIIра аления,. содержащий входные I выходные преобразователи вал — цифра, датчики коррекци» с преооразоаателями, шаговый двитатель со схемой управления, реверсивный регисгр» рулевую машину, отлг ча ощийсл тем, что, с целью ловышения точност» удержания судна на заданном курсе при волнении, ветре и других мешающих факторах, обеспечения возможности плавной коррекции курса при одно временном упрощении схемы и по выше»ни ее надежности, в нем установлены многофу нкциональные,цифровые интеграторы H,выход входного преобразователя вал — цифпа подключен параллельными свя зями к трем цепям, образованным соответственно цифровым интегратором, ра ботающим в реж»сме масштабного интеприрования,,последовательным соединением цифро вого интегратора, работающего в режиме интегрирования, и цифрового интеграто ра, работающего в режиме масштабного интегри рования, и последовательным соединением цифрового .интегратора, работающего св режиме нуль-органа, и цифрового интегратора, работающего в режиме масштабного интегрирования, и ко вторым вхо,дам каждого масштаб но<по интегратора подключены прсобразователи да T - иков коррекции, а выходы всех масштабных интеграторов через сумматор подключены к цифровому интегратору, работающему в режиме нуль-орга на, причем IK сумматору подключен и выходной преобразователь„а выход нуль-органа через преобразо ватель и реверсивный регистр подссед»»ен к схеме управления шагового двигателя, изменяющего положение задатчика рулевой машины, на выходном валу которой размещен выходной преобразователь.

Редактор П. А. Вербова

Составитель И. Н. Шувалова

Техред P. М. Новикова Корректоры: 3. И. Тарасова и И Л Кириллова

Заказ 140015 Тираж 530 Подписное

ЦИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, и р. Сапунова, 2