Определение упоров ВРШ

Санкт-Петербургский Государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ» и ЗАО «ТРАНЗАС»
Иоселевский А.А.
Степанов А.Д.
Определение характеристик упоров ВРШ и
НПУ для формирования команд на системы
ДАУ ВРШ и НПУ:
 определение необходимых маневров
 разработка
алгоритма
обработки
результатов испытаний
Главные размерения:
Длина - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Lквл
Ширина - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Bквл
Осадка - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Т
Водоизмещение нормальное - - - - - - - - D
= 58.50 м;
= 10.12 м;
= 2.80 м;
= 600 т.
САУ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2xВРШ, НПУ
Система координированного управления (СКУ)
предназначена для ручного и автоматического
управления движением судна на малых ходах с
помощью
средств
активного
управления
движением.
 удержание на заданном курсе
 удержание в заданной точке с заданным курсом
 удержание в заданной точке с разворотом на ветер
𝑿∗ , 𝒀∗ ,
𝑿𝑪𝑷𝑷𝒍𝒃 , 𝑿𝑪𝑷𝑷𝒓𝒃 , 𝒀𝑩𝑻
𝝋𝒍𝒃 , 𝝋𝒓𝒃 , 𝒏𝑩𝑻
𝑴∗
𝑋𝐶𝑃𝑃𝑙𝑏 + 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑟𝑏 = 𝑋 ∗ ;
𝑌𝐵𝑇 = 𝑌 ∗ ;
𝑌𝐵𝑇 𝑙𝐵𝑇 + 𝑙𝐶𝑃𝑃 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑙𝑏 − 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑟𝑏 = 𝑀∗
Нахождение управляющих сил органов управления по
заданным 𝑋 ∗ , 𝑌 ∗ , 𝑀∗ . Это решение системы уравнений
при наличии ограничений на управление.
Ограничения:
𝑌𝐵𝑇 < 𝑌𝐵𝑇𝑚𝑎𝑥 ;
𝑌𝐵𝑇 > 𝑌𝐵𝑇𝑚𝑖𝑛 ;
𝑋𝐶𝑃𝑃𝑏𝑤 < 𝑋𝐶𝑃𝑃 < 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑓𝑤 (для каждого борта).
Система координат
XCPP = KT (λp,𝑝)ρw𝑛𝑃2 𝐷𝑃4 ;
𝑀𝐶𝑃𝑃 = 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑙𝑏 − 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑟𝑏 𝑙𝐶𝑃𝑃 ;
𝑝=
𝑝
;
𝐷𝑃
λ𝑃 =
𝑉𝑥 (1−𝑤)
𝑛𝑃 𝐷𝑃
Диаграммы ВРШ
Зависимость упора ВРШ от
относительного шага ВРШ
𝑚 + λ11 𝑣𝑥 = 𝑋𝐻 + 𝑋𝐴 + 2𝑋𝐶𝑃𝑃 + 𝑋𝑅
𝜌𝑤 𝑣𝑥2
𝑋𝐻 =
𝐶𝑥 𝛽 𝑆 = 𝑅 𝑣𝑥2
2
𝑚 + λ11 𝑣𝑥 = 2𝑋𝐶𝑃𝑃 при малом 𝑋𝐻
𝑚 + λ11
𝑋𝐶𝑃𝑃 ⋍
𝑎𝑥
2
𝑥, 𝑣𝑥 , 𝜑𝐶𝑃𝑃 ⟹ 𝑣𝑥 ⟹ 𝑎𝑥
𝑌𝐵𝑇 = 𝐾𝐵𝑇 𝛽,
𝐾𝐵𝑇 𝛽, 𝑣𝑥 𝑣𝐵𝑇
𝑌𝐵𝑇 = 𝐾𝐵𝑇 𝑛2 ;
MBT = YBT lBT
𝑣𝑥
𝑛2 ;
𝑣𝐵𝑇
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡;
Зависимость упора НПУ
от относительной частоты вращения НПУ
Проводится
4
серии
испытаний
при
𝑝=
25%, 50%, 75%, 100% на ПХ и на ЗХ. Повтор испытаний
на обратном курсе.
Проводится
4
серии
испытаний
25%, 50%, 75%, 100% на ЛБ и на ПБ.
𝐽2 +λ22
при
𝑛=
𝑚 + λ11 𝑉𝑥 = 𝑋𝐻 + 𝑋𝐴 + 2𝑋𝐶𝑃𝑃 + 𝑋𝑅 ;
𝜔 = 𝑀𝐻 + 𝑀𝐴 + 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑙𝑏 𝑙𝐶𝑃𝑃 − 𝑋𝐶𝑃𝑃𝑟𝑏 𝑙𝐶𝑃𝑃 + 𝑌𝐵𝑇 𝑙𝐵𝑇
Компенсация
момента
от
НПУ
при
𝑛=
25%, 50%, 75%, 100% на ЛБ и ПБ обеспечивается
«раздраем» ВРШ при условии 𝑉𝑥 = 0.
Фильтрация во временной области:
 запаздывание
 необходимость оценивать имеющиеся шумы
и возмущения
Фильтрация в частотной области:
 требует постоянного шага измерения
 необходимо выбирать оконную функцию
Окно
Ширина
главного
лепестка по
уровню
половинной
мощности
Эквивалентная
шумовая полоса
Максимальный
уровень боковых
лепестков, дБ
Асимптотическая
скорость спадания
боковых лепестков,
дБ/октава
Прямоугольное
0.89
1.00
-13.3
-6
Треугольное
1.28
1.33
-26.5
-12
Ханна
1.44
1.50
-31.5
-18
Хемминга
1.30
1.36
-43
-6
Наттолла (R=3)
1.70
1.80
-98
-6
 Преобразование сигнала с целью получения
сигнала с постоянным шагом.
 Дополнение
сигнала
в
область
отрицательного времени для исключения
«скачков на краях».
 Применение преобразования Фурье к сигналу:
ПФ
𝑣 𝑡
𝑉(𝑓)
 Определение максимальной частоты сигнала и
выбор оконной функции W(f): 𝑊 𝑓 = 0, 𝑓 > 𝐹𝑀𝐴𝑋
 Умножение изображения сигнала на оконную
функцию: 𝑉 𝑓 = 𝑉 𝑓 ∙ 𝑊(𝑓)
 Взятие производной: 𝐴 𝑓 = 2𝜋 ∙ 𝑖 ∙ 𝑓 ∙ 𝑉 𝑓 ∙ 𝑊(𝑓)
 Переход во временную область: 𝑎(𝑡)
𝑣 𝑡 =
𝑑𝑥
𝑑𝑡
Траектория движения корабля Траектория движения корабля
в режиме управления
в режиме управления
«Удержание точки»
«Удержание курса»
 Предложена методика определения упоров
ВРШ и НПУ для обеспечения работу СКУ на
основе фильтрации сигнала в частотной
области.
 Предложены маневры, необходимые для
определения характеристик упоров ВРШ и
НПУ.
 Приведены полученные результаты.