ЖУРНАЛ СТА 3/2009

СИС Т ЕМНА Я ИН Т Е Г РАЦИЯ / С УДОВОЕ ОБОР УДОВ АНИ Е 29 CTA 3/2009 www.cta.ru жении или циркуляции (развороте) фор- мируются управляющие воздействия на интерцепторы. Скоростные суда оснащаются винто- выми или водомётными движителями (водомётами), причём современная тен- денция развития – более широкое при- менение водомётов. Важная часть авто- матизации – это система управления движителями, которая обеспечивает формирование нужного направления и величины силы тяги на всех режимах движения по командам судоводителя. Скоростные суда разработки ООО «Агат Дизайн Бюро» оснащаются именно водомётами. На судах устанав- ливается система управления водомёт- ными движителями (СУВД). Её на- значение – управление следящими при- водами поворотных сопел и заслонок реверса водомётов для управления ве- личиной и направлением вектора тяги каждого водомёта. Казалось бы, здесь нечего изобретать, ведь управление сле- дящими гидроприводами по сигналам от штурвала, рукоятки управления или от авторулевого давно и хорошо отрабо- тано. Тем не менее, при создании си- стемы автоматизации возникла необхо- димость реализации довольно сложных алгоритмов управления водомётами при маневрировании судна (об этом – да- лее), в результате СУВД стала доста- точно «интеллектуальной» системой. Частью СУИ и СУВД являются регу- ляторы, обеспечивающие следящее управление гидравлическими и элек- трическими приводами интерцепторов, поворотных сопел водомётов и засло- нок реверса. Эти регуляторы обеспечи- вают высокие динамические характери- стики отработки заданного положения органов управления. Возникает вопрос: а почему не применить готовые следя- щие регуляторы, имеющиеся на рынке и выпускающиеся как функционально за- конченные изделия? Дело в том, что управление скоростным судном требует таких характеристик быстродействия и точности приводов, что из готовых ре- шений ничего подобрать не удаётся. Следящие приводы с высокими харак- теристиками создаются обычно для конкретной задачи, и здесь пришлось пойти по тому же пути, замкнув обрат- ные связи через цифровые регуляторы, реализованные программно в контрол- лерах [3]. При этом обеспечена быстрая обработка данных с шагом выполнения программы регулирования 10 мс. С та- ким же шагом выполняется архивиро- вание информации для отладки си- стемы и для «чёрного ящика» – аварий- ного архива. Рассмотрим подробнее некоторые особенности управления скоростным судном, выдвигающие свои требования к построению системы автоматизации. У ПРАВЛЕНИЕ ИНТЕРЦЕПТОРАМИ Для эффективного и безопасного управления креном и дифферентом при помощи автоматики должны быть ре- шены следующие задачи: 1)точное и быстрое измерение углов крена и дифферента, а также их про- изводных; 2)совмещение управляющих воздей- ствий на интерцепторы от регулято- ров, замыкающих обратные связи по различным параметрам движения; 3)построение системы ограничений в регуляторах для оптимального ис- пользования всего диапазона переме- щений интерцепторов; 4)обеспечение отказоустойчивого управ- ления. Первая задача решается путём приме- нения датчиков параметров движения, выполняющих измерения угловых уско- рений и скоростей. Используются дат- чикиMRU-Hфирмы Seatex. Они позво- ляют получать значения крена, диффе- рента и их производных с частотой обновления 100 Гц, при этом сигнал про- изводной настолько «чистый», что его можно использовать в контуре обратной связи без дополнительной программной обработки. Вторая и третья задачи решены алго- ритмически. Алгоритмы управления ин- терцепторами для глиссирующего судна разработаныООО «Агат Дизайн Бюро» и реализованы ООО НПК «ЛЕНПРОМ- АВТОМАТИКА». Для совмещения управляющих воз- действий применён известный в теории управления принцип суперпозиции. Управление по каналам дифферента и крена считается независимым, отдель- ные регуляторы в составе программного обеспечения СУИ вычисляют свои управляющие сигналы. Затем управ- ляющие сигналы суммируются таким образом, что сигнал дифферента задаёт одновременное перемещение кормовых интерцепторов (или разность положе- ния носового и кормового рядов интер- цепторов), а сигнал крена определяет разность положения интерцепторов пра- вого и левого борта. В классической теории управления считается, что сигнал на выходе регуля- тора может принимать любое значение, вплоть до бесконечного. На практике, естественно, это не так. Возможности управления ограничены ходом управ- ляющих органов и возможной скоро- стью их перемещения. При синтезе си- стемы управления это приходится учи- тывать, обеспечивая ограничение зна- чения выхода регулятора, прекращение изменения интегральной составляющей, если она есть, безударный переход от внешнего задания (при ручном управ- лении) к автоматическому вычислению выхода регулятора и т.д. Если система состоит из нескольких регуляторов, оказывающих воздействие на общий исполнительный орган, то за- дача дополнительно усложняется тем, что надо учесть возможность взаимного влияния контуров обратной связи при работе ограничения по одному из них. Например, ранее было сказано, что ка- налы управления по крену и дифференту независимы, но это не всегда так. Рас- смотрим следующую ситуацию. Пусть регулятор дифферента выдал задание на выпуск кормовых интерцепторов на 20 мм. В это время в результате действия волны или ветра судно накренилось, и регулятор крена выдал управляющее воздействие 40 мм, означающее, что правый интерцептор необходимо выпу- стить на 40 мм, а левый – убрать на та- кую же величину. Но запас хода на уборку до упора в корпус у левого ин- терцептора составляет всего 20 мм, сле- довательно, воздействие от регулятора крена должно быть ограничено этой ве- личиной. Казалось бы, ещё есть запас хода на выпуск у правого интерцептора, но если воздействие будет несиммет- ричным (левый убрать до 0, а правый выпустить до 60 мм), то будет оказано нежелательное воздействие на диффе- рент, так как среднее положение интер- цепторов увеличится. В результате приходится «пожертвовать» полнотой управления по крену ради сохранения устойчивости по дифференту. На этом небольшом примере видно, насколько важно выстроить систему приоритетов и правил работы ограничителей при синтезе многоканальной системы управ- ления. СУИ управляет положением корпуса судна при скоростном движении. При отказе системы управления судно может получить опасный крен или дифферент. Чтобы такой ситуации не возникло, применено дублирование вычислителя СУИ по схеме «горячего» резерва. Два идентичных контроллера обмениваются синхронизирующими посылками. Если © СТА-ПРЕСС