Автоматизация палубных механизмов. (Автоматизация систем управления рулевыми машинами)

Рулевые устройства представляют собой комплекс механизмов, которые обеспечивают поворачивание и стойкость при движении на заданном курсе.

Судно, как объект автоматизации, близкое к нейтральному состоянию стойкое по углу дрейфа и угловой скорости отхода судна с курса. Относительно рысканья судно является не стойким объектом. Упрощенная передаточная функция от угловой перекладки руля до углового курса

т. е. передаточная функция авторулевого представляет собой две последовательно соединенных звена интегрального с передаточной функцией Wp,и апериодического с функцией Wp₂, К,- коэффициент пропорциональности между угловой скорости циркуляции и углом перекладки руля, Т_к- постоянная времени судна на курсе,

Р-оператор.

При управлении курсом судна, регулирующим действием есть относительное изменение положения руля.

а_н - номинальное значение угла перекладки 30-35°

а - текущее значение пера руля.

Регулируемым параметром при управлении судном необходимо считать относительную разницу между текущим значением курсового угла и значением его задания.

Для автоматического управления курсом судна применяются регуляторы, которые имеют названия авторулевых. В качестве примера рассмотрим работу авторулевого « АИСТ». Кроме автоматического управления АР , оборудовано и ручным органом управления

Этот АР «Аист» реализует : ПИД-пропорционально-интегрально-диференциальный закон управления

Кр, Кр₂ ,Кр, - коэффициенты усиления регулятора по отклонения скорости,

отклонения от курса и его интеграла. При удержании заданного курса в случае отклонения от него сельсин датчик ( ССД ) гирокомпаса ( ПС ) и сельсин приемник АР рассогласовываются. Вследствие чего через механическую передачу ( вал) движение будет передаваться на вращающийся трансформатор на выходе из которого обрезается сигнал пропорционально отклонению регулируемой величины, при этом тахогенератор будет выдавать сигнал пропорциональный скорости отклонения регулируемой величины. В итоге через редуктор с большим передаточным числом будет разворачиваться вращающийся трансформатор , который и будет формировать интегральную составляющую закона регулирования. После суммирования всех величин для усиления в усилители 1 приводится в действие золотник управления гидроусилителя 2 , который управляет гидромотором переменой производной 3. Гидросмесь от гидромотора поступит на сервомотор 4 рулевлй машины , которая развернет рулевые гидрокомплексы к балеру руля механически присоединен датчик 5 истинного положения пера руля, который осуществляет жёсткую обратную связь и останавливает перекладку руля в в необходимом положении. Для небольших углов перекладки используют управление от штурвала.

Автоматические системы управления гидрокомплексом.

Для улучшения управляемости судна , а также ходовых качеств на крупнотоннажных судах, имеющих мощные силовые установки устанавливаются подруливающие устройства, а также винты регулируемого шага, что дает возможность применять нереверсивные двигатели. Реверсирование двигательного комплекса , как в подруливающем устройстве , изменяется углом атаки лопастей . Изменение атаки согласовывается с мощностью привода.

Значительная часть ВРШ , которые используются в движительных комплексах имеют гидропривод с кулисным управлением лопастей , мощностью до 25 тыс. кВт. В тоже время для подруливающих устройств применяются в ВРШ до 2 тыс.кВт. подруливающие устройства могут располагаться в поворотных колонках или в носовой части судна и проходит с борта на борт сквозь подводную часть корпуса судна. При автоматическом управлении движением судна необходимо решение задач, поддержание заданной скорости судна при следовании прямолинейным курсом, а также угловой скорости судна при маневрировании. Так как при таких видах движения судна со стороны жидкости ( воды) и не возникает восстанавливающих сил и моментов передаточная функция упрощается и примет вид

где:

Тк - постоянная времени ; к - коэффициент усиления объекта.

Как входящую величину можно рассмотреть изменению упора винта или момента на гребном валу

Р, Р - номинальное и поточное значение упора винта

Mн , M — номинальное и поточное значение вращающего момента на гребном валу. Выходной величиной ( параметром) ГД есть относительное значение скорости движения судна

V_H ,V - номинальная и поточное значения скорости движения судна. Регулируемым параметром для подруливающего устройства есть относительное значение угловой скорости поворота

Типовая упрощенная схема АСУ движителем судна, в которой применяется пропорциональный интегральный регулятор, использует гидравлическо-пневматическую электроэнергию. В таких системах могут использоваться корректирующие устройства, например , которые учитывают обрастание корпуса.

На схеме представлено принцип действия АСУ ВРШ. Работает следующим образом. Сигнал задания на изменение упора винта подается гидрозолотниковому усилителю 2 , где происходит суммирование ( сравнение ) сигнала задания , что поступает от датчика 3 положения лопастей винта. Результат суммирования поступает к главному золотнику 1 , который подключает гидронасос 6 , через буксу 5 , гидроцилиндр 4, который расположен на валу или ступице винта и соединенный кулисным механизмом с лопастью винта. При достижении заданного угла поворота лопастей ВРШ сигнал суммирования на золотнике управления 2 преобразуется в ноль. Золотник переходит в среднее положение, а лопасть винта фиксируется гидрозамком.