Системи керування курсом судна - Експлуатація і дослідження системи автоматичного управління стерновим електрогідравлічним приводом

Скористуємося розділенням автоматичної системи керування курсом судна на слідуючи функціональні блоки [2,3]:

    - керований об'єкт (судно), керованим параметром якого є курс, а керуючим впливом - кут перекладки пера стерна ; - слідкуючу систему керування стерном; - керуючий пристрій;

Керований об'єкт. Математичний опис зміни параметрів, , судна при його русі в горизонтальній площинні має такий вигляд [2]:

Де.

Відповідно передаточна функція по керуючому впливу:

По збуджуючому впливу:

Слідкуюча система керування судном. Розглянемо типову ССКС, утворену автостерновим "Аіст", працюючу в слідкуючому стернової машини с насосом перемінної подачі. Математичний опис цієї системи зручно отримати з функціональної і структурної схем, представлених на рис. 4.5 і 4.6. На рис.4.6 UУс, и. м, - значення величин з врахуванням нелінійностей. Для складання рівнянь, описуючих ССКС, потрібно заздалегідь отримати рівняння або передаточні функції окремих її елементів:

1. Рівняння і передаточна функція напівпровідникового підсилювача сигналу похибки (У) мають вид:

,

Де КУс - коефіцієнт підсилення підсилювача.

2. Поведінку виконуючого двигуна ВД при роботі з малим навантаженням можливо описати рівнянням і передаточною функцією:

,

Де КВ. д - коефіцієнт передачі виконуючого двигуна.

В порівнянні з інерційністю об'єкта (десятки секунд) постійна часу виконуючого двигуна ТВ. д мала (порядком від 0,01 до 0,1 с) і можливо зневажити її, то рівняння і передаточну функцію записують в такому виді [2,3]:

; .

3. Редуктор (Р) описують наступним рівнянням передаточної функції:

, ,

Де Вх (р) і Вых (р) - кути повороту вхідного і вихідного валів редукторів;

- коефіцієнт передачі; IP - передаточне число редуктора.

4. Важільна передача (ВП) перетворює обертання руху валу виконуючого механізму в поступний рух рейки золотника і може бути описаний рівнянням:

; ,

Де Кр. п - коефіцієнт перетворення важільної передачі.

5. Сельсин-датчик (СД), працюючий в трансформаторному режимі на лінійної ділянці характеристики, описують рівнянням і передаточної функцією:

; ,

Де Uсд (р) - вихідна напруга; Ксд - коефіцієнт передачі; р (р) - кут повороту ротора СД. Величина Ксд може бути визначена в вольтах на градус із співвідношення:

,

Де Uфmax - максимальна фазна напруга при Uв. н - номінальна напруга збудження, (В); Uв - напруга збудження, при якій працює даний СД, (В).

Елемент жорсткого зворотного зв'язку. В ланцюгу місцевого зворотного зв'язку в якості елемента ПЭ2 застосовується сельсин-датчик і понижуючий редуктор Р2. Задача місцевого зворотного зв'язку - с компенсувати вхідний сигнал Uу і зупинити двигун після того, як останній розвернеться на кут, пропорційний сигналу керування Uу. Рівняння ланцюга зворотного зв'язку і передаточна функція мають вид [2,3]:

; ; ,

Де ; і2 - передаточне число редуктора Р2.

Елемент зворотного зв'язку по положенню стерна.

В ланцюгу зворотного зв'язку по положенню стерна використовують сельсин-датчик стерна. Його рівняння і передаточна функція дорівнюють[2,3]:

; .

6. Ланка зворотного зв'язку по курсу. В якості перетворюючих елементів ПЕ5 і ПЕ4 використовують сельсин-датчик і сельсин-приймач. Їх передаточні функції:

.

Так як в системах синхронного зв'язку сд (р) = сп (р), отримаємо, що коефіцієнт передачі зворотного зв'язку по курсу рівний одиниці.

7. Рівняння і передаточна функція гідроприводу (ГП) мають вид [2,3]:

; ,

Де ; постійною Тгп зневажаємо. З врахуванням вищесказаного, рівняння, описуюче ССКС (рис.4.6), можна записати таким чином (оператор р для скорочення опущений):

; ;

; ; ;

; ; .

В цій системі рівнянь нелінійні функції мають вид:

Де UНас max - напруга насичення підсилювача; В. м max максимальний кут повороту валу виконавчого механізму; Max - максимальний кут перекладки стерна.

Керуючий пристрій (КП). Керуючий пристрій складається с перетворюючих елементів, елементів супрягу і розрахункових пристроїв і реалізують закон керування (ПІД-закон). Структурна схема КП с виділенням коефіцієнтів передаточних функцій показана на рис.4.7. При цьому математичний опис має такий вид:

; ;

;

;

.

Перетворюючий елемент ПЕ реалізується в виді сельсин-датчика, перетворюючого поворот ротора в напругу відповідної величини фази. Рівняння і передаточна функція мають вид: в слідкуючім режимі керування стерном - UК (р) = КПе(р); WПе1 (р) = КПе1; в режимі автоматичної стабілізації - U (р) = КПе1 (р); (р) = Зад (р) - (р); WПе1 = КПе1, де UК (р), U (р) - вихідна напруга ПЕ1 при роботі в різних режимах; КПе1 - коефіцієнт передач ПЕ1.

Блок розрахункового пристрою (БРП) являє собою ПІД-регулятор, включаючи в собі диференціюючи і інтегруючі ланки, реалізовані на електронних операційних підсилювачах постійного струму.

Рівняння і передаточна функція інтегруючої ланки мають наступний вид[2]:

; .

Рівняння і передаточна функція диференціюючої ланки [2]:

;

.

Похожие статьи




Системи керування курсом судна - Експлуатація і дослідження системи автоматичного управління стерновим електрогідравлічним приводом

Предыдущая | Следующая