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.