Технические средства судовождения и электронавигационные приборы

«Технические средства судовождения и электронавигационные
приборы»
Титульный лист
Содержание
1. Принцип действия авторулевого. Роль связей в авторулевом ............. 3
2. Принцип действия индукционного лага. Основные системы лага.
Состав аналоговой части индукционного лага .................................................... 5
3. Инерционная девиация двухгироскопного компаса 1-го рода.
Условие апериодических переходов ..................................................................... 7
Список используемых источников .............................................................. 9
2
1. Принцип действия авторулевого. Роль связей в авторулевом
Авторулевой - это автоматическая система управления судном, которая
используется для поддержания заданного курса и скорости движения.
Принцип работы авторулевого основан на использовании гирокомпаса
в качестве датчика, который при отклонении судна от заданного курса выдает в схему авторулевого сигнальное напряжение определенной фазы. Оно после усиления и преобразования подается на систему генератор—двигатель,
механически связанную через рулевой привод с баллерами рулей, при перекладке которых на определенный борт судно возвращается на заданный курс.
Все существующие системы автоматического управления курсом судна, независимо от конструкции отдельных звеньев, работают по принципу
отклонения, т. е. в авторулевом непрерывно сравниваются фактическое и заданное значения курса и вырабатывается сигнал управления. Под действием
этого сигнала рулевой привод перекладывает руль и возвращает судно к заданному курсу. Сигнал внутренней отрицательной обратной связи останавливает перекладку руля, а затем возвращает руль в среднее положение. Сигнал, пропорциональный скорости поворота судна, повышает чувствительность авторулевого при отклонении судна от заданного курса и обеспечивает
сдерживание при возвращении на заданный курс.
Роль связей в авторулевом заключается в том, что они обеспечивают
связь между системой авторулевого и другими системами на судне, такими
как система GPS, датчики скорости и компас. Без связей авторулевой не смог
бы получать информацию о текущем курсе и скорости судна, что сделало бы
его бесполезным. Кроме того, связи могут использоваться для передачи информации о состоянии авторулевого, чтобы операторы на мостике смогли
мониторить его работу и принимать решения в случае необходимости.
Внутренняя обратная связь в системе осуществляется с помощью
устройства, механически связанного с баллером руля и вырабатывающего
электрический сигнал, пропорциональный углу поворота руля.
3
Внешняя обратная связь обеспечивается гирокомпасом, который преобразует изменение курса судна в угол поворота сельсина-датчика курса,
связанного с сельсином-приемником в авторулевом.
4
2. Принцип действия индукционного лага. Основные системы
лага. Состав аналоговой части индукционного лага
Индукционный лаг - это радиолокационное устройство, которое используется для определения скорости и направления движения судна.
Принцип действия индукционного лага основан на использовании
электромагнитных волн, которые генерируются антенной и отражаются от
дна моря. По времени задержки между отправкой и приемом этих сигналов
лаг определяет скорость и направление движения судна.
При пересечении электромагнитного поля проводником в нём индуцируется ЭДС (E), величина которой пропорциональна напряжённости электромагнитного поля (B), длине (L) и скорости движения проводника (V).
E=BLV
В ИППС установлен электромагнит, являющийся источником электромагнитного поля, а также пара электродов, контактирующих с морской водой. Электромагнитное поле, создаваемое электромагнитом, охватывает некоторый объём встречного потока воды при движении корабля. В объёме потока, охваченного электромагнитным полем, возникает ЭДС. ЭДС снимается
электродами и в виде электрического сигнала поступает в измерительную
схему лага.
По напряжению, возникающему на электродах, можно определить скорость перемещения источника электромагнитного поля относительно воды –
относительную скорость судна.
Напряжённость электромагнитного поля (B) и длина проводника (L) –
кратчайшее расстояние между электродами являются постоянными величинами. Следовательно, напряжение, снимаемое с электродов, будет изменяться пропорционально изменению скорости корабля.
Для исключения поляризации электродов используется переменное
электромагнитное поле. Напряжение ~Uсигн снимается с электродов датчика
приёмного устройства прибора УПИ, усиливается в предварительном усилителе и поступает в прибор ВАЦ.
5
В приборе ВАЦ напряжение сигнала усиливается, компенсируется
квадратурная помеха и поступает в измерительную схему, где преобразуется
из аналогового вида в электронный.
В результате преобразований напряжения ~Uсигн в измерительной схеме
получается последовательность пачек импульсов, несущих информацию о
скорости (числоимпульсный код скорости).
В коды скорости вводятся поправки, полученные во время калибровки
лага. Исправленные поправками коды скорости используются для вычисления пройденного судном расстояния, а также поступают в репитеры, трансляционные приборы или преобразуются (перекодируются) в другие виды
информации о скорости для передачи в судовые системы-потребители.
Основные системы лага включают в себя электронную и механическую
части. Механическая часть состоит из датчика скорости, который располагается на корпусе судна, и лаговой антенны, которая опускается в воду и устанавливается на дне моря. Электронная часть состоит из блока управления,
который обрабатывает сигналы от датчика скорости и лаговой антенны, и
отображает информацию о скорости и направлении движения на экране.
Состав аналоговой части индукционного лага включает в себя осциллятор, усилитель сигнала, детектор сигнала и индикатор скорости. Осциллятор
генерирует высокочастотный сигнал, который подается на лаговую антенну.
Отраженный от дна моря сигнал поступает на усилитель, который усиливает
его и передает в детектор. Детектор извлекает информацию о времени задержки между отправкой и приемом сигнала и передает ее в блок управления
для обработки и отображения на экране.
6
3. Инерционная девиация двухгироскопного компаса 1-го рода.
Условие апериодических переходов
Инерционная девиация двухгироскопного компаса 1-го рода возникает
из-за неподвижности одного из гиростабилизаторов и связана с тем, что при
изменении курса судна происходит изменение угловой скорости гиростабилизаторов вокруг оси, которая проходит через их центры масс. Это приводит
к возникновению внутренних моментов сил, которые вызывают отклонение
гирокомпаса от правильного курса.
Инерционные погрешности гирокомпаса вызываются возмущающими
моментами сил инерции, возникающими при ускоренном движении судна.
При появлении моментов этих сил ось гирокомпаса выходит из своего положения равновесия и совершает прецессионное движение со скоростью, зависящей от значения момента силы инерции. Инерционная девиация проявляется в форме затухающих колебаний после окончания маневра судна (курсом
и/или скоростью).
Образующаяся в результате маневра переменная погрешность называется инерционной погрешностью гирокомпаса. Она свойственна большинству современных гирокомпасов независимо от их конструкции.
Инерционная девиция I рода.
Если период собственных незатухающих колебаний гирокомпаса T0 ≠
T∗ то Δα ≠ Δδv , у гирокомпаса возникает инерционная девиация первого рода.
δIj = Δα − Δδv
В соответствии с физическим смыслом формула дает значение девиации δIj на момент времени окончания маневра, т.е. максимальное значение.
Получим два варианта выражений инерционной девиации I рода:
I Вариант:
II Вариант:
δIj = (Δδv2 − Δδv1 ) ∗ (
δIj = (Δδv2 − Δδv1 ) ∗ (
T20
T2∗
cosφ
cosφ∗
− 1)
− 1)
7
Условие апериодических переходов в гирокомпасе означает, что при
изменении курса судна гирокомпас будет стремиться установиться на новый
курс без затухания колебаний. Это условие достигается путем выбора оптимальных параметров гиростабилизаторов и компенсационных устройств.
Условием апериодического перехода является равенство величины периода незатухающих колебаний гирокомпаса периоду колебаний математического маятника, длина которого равна радиусу Земли, т. е. Таким образом,
выполнение данного условия (называемого условием М. Шулера) предполагает, что гирокомпас, не снабженный приспособлением для затухания, при
изменении скорости или курса судна не будет иметь инерционной девиации.
8
Список используемых источников
1. Гороховский, В.М. "Автоматическое управление судном" (2001).
2. Голубев, В.И. "Судовые лаги" (1987).
3. Гребенюк, А.П., Ковалев, А.И. "Основы техники гироскопических
приборов" (2003).
4. Львовский, М.И. "Курсовые и дипломные работы по теории автоматического управления судном" (1999).
5. Черемисин, Ф.Г. "Гирокомпасы" (2000).
6. Яковенко, В.Н. "Автоматика судовых электроэнергетических установок" (2010).
9