Введение к работе
Актуальность темы.
Флот является одним из наиболее распространенных видов транспортных средств. Поэтому многочисленные и разнообразные задачи повышения безопасности судовождения всегда актуальны. К сожалению, новые проблемы здесь обычно возникают в связи с расследованием причин происходящих аварий.
Выносимая на защиту работа в этом плане имеет иные истоки. Существование необычных, потенциально аварийных ситуаций в поведении судна было обнаружено М.И.Фейгиным и М.М.Чирковой при теоретическом исследовании его как существенно нелинейной системы с использованием современного аппарата качественной теории и теории бифуркации динамических систем. . После экспериментального подтверждения обнаруженных нелинейных особенностей - временной потери управления к начальной неуправляемости, на кафедре информатики и автоматизации производственных процессов ВГАВТ были продолжены работы в этом направлении. Они включали в себя, как теоретические исследования, так и разработку конкретных, систем управления, в том числе интеллектуального авторулевого, который мог бы своевременно обнаруживать и подавлять потенциально аварийные ситуации.
Непрерывное повышение автоматизации транспортного процесса невозможно без предварительного изучения свойств объекта (в данном случае управляемости судов) и привода, отрабатывающего управление на объект, сформированного автоматическим управляющим устройством. Актуальность данной проблемы усугубляется тем, что из-за роста грузоподъемности
водного транспорта растет класс судов, неустойчивых на заданном курсе. Управление неустойчивыми на курсе судами требует частой перекладки руля. Поэтому, скорости движения таких судов (при одинаковых энергетических затратах) уменьшаются, а энергопотребление увеличивается. Попытки улучшить устойчивость на заданном курсе путем изменения конструкции корпуса судна ухудшают другой важный динамический показатель - чувствительность к управляющему сигналу (послушность рулю)
Задача управления движением по курсу усложняется еще и тем, сигнал управления, вырабатываемый автоматическим управляющим устройством, поступает на привод, характеристики которого, как показал проведенный в работе анализ, не достаточно оптимальны.
Современное состояние компьютерной и электронной техники позволяет значительно расширить функциональные возможности автоматических систем управления судном» На основе интегральных схем сейчас собираются устройства с гибкими алгоритмами. Данные устройства имеют достаточно ма^ыг размеры, низкое энергопотребление, проявляют высокую надежность и позволяют реализовать сложный адаптивный алгоритм управления, в которое псяаляется возможность учитывать особенности динамики оСъекта управления (судна) и рулевого привода.
Таким образом, задача изучения динамических свойств с учетом характеристик привода, неустойчивых на' курсе судов для решения "вопросов повышения качества автоматического и ручного управления является актуальной.
В данной работе при проведении исследований динамики системы *ссудно - авторулевой" автор диссертации использовал результаты исследований:
Васина A.M., Войткунского Я.И., Р.Я.Першица, К.Номото, Васильева А.В., Фейгина М.И., Чирковой М.М., Преображенского А.В.
Ilcitt и іадачи работы:
Главная цель работы заключается в дальнейшем изучении динамических свойств неустойчивых на курсе судов и рулевого привода, отрабатывающего сформированное автоматом управление на объект, с целью разработки интеллектуального авторулевого, обеспечивающего высокие технико-экономические показатели качества различных режимов движения судна. Достижение поставленной цели включает в себя решение следующих задач:
1.Теоретический анализ динамики различных типов водоизмещающих судов.
2.Разработка методов оценки начальной неуправляемости объекта при различных начальных условиях.
3.Исследование особенностей динамики электроприводов и изучение влияния параметров привода на эти особенности.
4.Анализ влияния параметров комплекса "Привод-объект управления" на особенности его динамики.
5.Разработка требований к конструктивным параметрам привода для получения эффекта "сглаживания" нежелательных явлений в динамике судна.
б.Разработка структуры авторулевого на основе микропроцессорного контроллера "ОКТАГОН".
Научная новизна состоит в следующих, выносимых на защиту, положениях:
Разработан метод оценки явления начальной неуправляемости водоизмещающих судов, введены показатели начальной неуправляемости. Суть эффекта начальной неуправляемости заключается в тем, что при
приложении управляющего воздействия определенного знака, объект (судно) некоторое начальное время набирает скорость поворота <о знака противоположного знаку поданного воздействия.
Показано, что в пространстве параметров математической модели рулевой машины существуют области,, при которых динамические характеристики привода имеют нежелательные особенности (эффект затягивания переходного процесса, эффект скрытых колебаний) .
Показано, что выбором соотношения параметров комплекса "авторулевой - электропривод - судно" выявленные нежелательные эффекты могут быть сведены к минимуму»
Разработаны требовании к структуре и составу системы автоматического управления движением судна на осноає микропроцессора 6012.,-
Практическая знсчи-уость у реттсщт р>г>\ж>та~)аз рапг,г,ш:
- Выявлены важные динамические свойства объекта
управления, знание и учет которых в алгоритме
управления позволяет повысить безопасность двихення
судна о
Обнаружены к исследованы на матіч.;і'Г!"чос::и'і модели эффекты начальной неуправляемости, :гж которых объект на некоторое время тлокс,' споссін-.-с-Ги к управлению, что может привести -к аазряГ.^а/ ситуациям* Предложены методы проектирования, управляющих систем, позволяющие уменьшить влияние данного явления.
Определены условия при которых в рулевой машине возникают явления "скрытых" колебаний. Знание этих условий позволяет увеличить срок службы рулевых машин.
Материалы данной работы использованы пі. разработке микропроцессорного комплекса управленії авторулевым.
Апробации работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры ИАПП Волжской Государственной академии водного транспорта, получили положительную оценку на IV конференции "Нелинейные колебания механических систем" и на XXIV Всероссийской конференции по управлению движением судов и подводных аппаратов
Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано б печатных работ.