Система автоматического управления рулевым электроприводом

Отклонение судна от заданного курса воспринимается гирокомпасом ГК (рис. 10.32), который через датчик повернет ротор сельсина-приемника курса СП.

Последний через необратимую передачу НП поворачивает вал механического дифференциала МД. На второй вал механического дифференциала от штурвала подает-

ся заданное значение курса α. На выходном (третьем) валу МД получается разность между заданным и истинным значениями курса, которая характеризуется углом откло-

нения отзаданного курса α.

Рис. 10.32. Структурная схема авторулевого

Выходной вал МД поворачивает датчик курса ДК, который вырабатывает напряже

ние

U = k α (10.11),

пропорциональ­ное углу рассогласования судна по курсу. Это напряжение являет-

ся основным управляющим сигналом.

Два других управляющих сигнала выра­батываются в блоке коррекции БК, вклю-

чающем в себя дифферен­цирующее ДУ и интегрирующее ИУ устройства.

Дифференцирующее устройство вырабатывает сигнал

U = k d α/ d t (10.12),

пропорциональный скорости отклонения от заданного курса. Сигнал этого устройства

предназначен для ком­пенсации энергии поворота судна, т. е. для уменьшения его инер

ции путем отрицательной закладки руля.

Сигнал, вырабатываемый интегрирующим устройством, пропорционален инте

гралу от угла отклонения судна по времени

U= k (10.13),

Этот сигнал возникает при появлении внешних несимметричных сил (волны, ветра) и делает кладки пера руля несимметричными. Тем самым компенсируется снос судна с курса в результате действия односторонних сил.

Таким образом на входе усилителя У суммируются 3 сигнала (пропорциональный углу отклонения судна, его производной и интегралу), образуя напряжение управления

U= k α+ k d α/ dt + k (10.14),.

Поэтому закон регулирования напряжения Uв сокращенном виде записывают так ПИД. Это означает, что напряжение управления имеет 3 составляющие - пропорциональ

ную (П) в виде напряжения U, интегральную (И) в виде напряжения U, идифферен

циальную (Д) в виде напряжения U .

Напряжение управления U подается на вход усилителя У, откуда усиленный сиг-

нал поступает на исполнительный двигатель ИД, который поворачивает управляющий орган насоса Н рулевой ма­шины РМ.

Насос рулевой машины в соответствии с положением управляющего органа при

водит в движение поршни силовых цилин­дров СЦ, которые будут поворачивать руль на угол β.

При повороте руля приходит в движение рулевой датчик РД, имеющий механи-

ческую связь с баллером, вырабатывающий сигнал отрица­тельной обратной связи

U = kβ (10.15),.

Этот сигнал вычитается из управляющего сигнала, а поэтому ограничивает угол перекладки руля и вместе с сигналом U обеспечивает удержание судна на заданном кур

се (по закону незатухающих колебаний).

Исполнительный двигатель ИД связан с управляющим органом насоса через исполнительный механизм. В зависимости от типа РМ в комплект авторулевого может входить исполнительный механизм ИМ-1 или ИМ-2.

В приборе ИМ-1 выходной валик имеет враща­тельное движение на некоторый угол ε, а в приборе ИМ-2 выходной валик совершает поступательное перемещение на некоторую вели­чину l.

Значение смещения определяет подачу насоса, а соответст­венно и скорость пере

кладки руля. Таким образом,

ε = kdβ/dt (10.16) ,,

поэтому датчик ДН обратной связи по насосу, механически связан­ный с ИД, выра

батывает сигнал

U = kkdβ/d (10.17),

Этот сигнал отрица­тельной обратной связи вычитается из управляющего сигна-

ла и служит для уменьшения автоколебаний пера руля.

Процесс управления судном для удержания его на заданном курсе можно представить следующим образом.

При отклонении судна от заданного курса выработанный авторулевым управля-

ющий сигнал поступает через усилитель на ИД. Последний приводит в движение управ-

ляющий орган и датчик ДН, вырабатывает сигнал U, который вычитается из управляю-

щего сигнала усилителя.

Когда при определенном смещении управляющего органа насоса значение сигна-

ла отрицательной обратной связи станет равным управляю­щему сигналу на входе уси-

лителя, разность напряжений станет равной нулю, а следовательно, и напряжение, подаваемое на ИД, тоже станет равным нулю.

Двигатель остановится, а управляющий орган насоса будет повернут на опреде-

ленный угол. Насос рулевой машины в соответствии с управляющим органом приведет в движе­ние поршни СЦ рулевой машины, которые будут поворачивать руль.

При повороте руля рулевой датчик РД вырабатывает сигнал U, который вычитается из управляющего сигнала усилителя.

Поскольку в рассматриваемый момент разность сигналов на усили­теле была рав-

на нулю, то под действием сигнала обратной связи РД усилитель будет вырабатывать напряжение противоположной фа­зы, ротор ИД будет вращаться в обратную сторону и перемещать управляющий орган насоса к нулевому положению.

При этом сигнал U обратной связи датчика ДН насоса будет соответственно уменьшаться.

Когда управляющий орган насоса вернется в нулевое положение, рулевая маши-

на прекратит движение, руль остановится в определенном положении, сигнал датчика ДН будет равен нулю, сигнал датчика РД будет равен по значению управляющему напря­

жению U и противоположен по знаку. Разность сигналов на входе усилителя опять бу-

дет равна нулю.

Под действием момента, созда­ваемого рулем, судно начнет возвращаться на за-

данный курс и в связи с этим значение управляющего напряжения U уменьшается. Это приводит к нарушению равенства сигналов и под действием напряжения, определяемого полярностью сигнала U рулевого датчика, ИД начинает смещать регулирующий орган насоса в противоположную сторону.

В результате обеспечивается возврат руля в диаметральную плоскость, когда судно оказывается на заданном курсе.