4.4. Стабилизация боковых отклонений судна

Задача удержания судна на прямолинейном участке заданной траектории требует минимизации боковых отклонений центра масс. На рис. 4.9 показано, что боковое отклонение удобно определять в базовой координатной системе начало которой лежит в произвольной точке заданного прямолинейного галса судна, принимаемого за ось . Базовая координатная система ориентирована так же, как и полусвязанная система координат. Это позволяет при определении мгновенной величины бокового отклонения от заданной траектории использовать кинематическое соотношение поступательного движения, приведенное в гл. 1, которое при постоянной скорости хода и малых углах крена, дифферента, атаки и дрейфа имеет вид

откуда

выражение (4.10) вместе с линейной моделью движения рыскания (4.1) позволяет решать задачи, связанные с исследованием систем стабилизации боковых отклонений МПО. Целевая функция систем этого типа заключается в минимизации величины . С учетом реальных условий эксплуатации МПО при действии случайных ветро-волновых возмущений она сводится к минимизации дисперсии этой величины и ограничению математического ожидания

Если по каким-либо причинам центр масс судна отклонится от заданйой прямолинейной траектории, то вернуться на нее можно, соответствующим образом скорректировав курс судна (см. рис. 4.9). Это означает, что для стабилизации боковых отклонений, в систему стабилизации курса следует вводить градусные поправки, значения которых определяются величиной бокового отклонения . При этом закон управления вертикальным рулем имеет вид

Рис. 4.9. Боковое отклонение судна.

Выражение (4.12) показывает, что система стабилизации боковых отклонений судна (ССБО)

создается на основе авторулевого, к которому добавляется еще одна обратная связь по величине бокового отклонения. Основную сложность при создании ССБО составляет определение на борту судна. Это возможно лишь в том случае, если МПО располагает совершенной радионавигационной системой или системой инерциальной навигации. Характерной особенностью таких систем является дискретность выходной информации. Она поступает в систему управления со значительными временными интервалами, которые для различных типов навигационных систем составляют несколько секунд или часов.

Рис. 4.10. Изменение курса судна при компенсации бокового отклонения.

Поэтому в большинстве случаев ССБО представляет собой комбинированную систему, в которой сочетается аналоговое исполнение авторулевого с цифровым каналом организации обратной связи по величине бокового отклонения. Процесс последовательного введения градусных поправок в такой системе иллюстрируется рис. 4.10. Значение градусной поправки корректируется в каждый момент времени когда поступает информация о величине бокового отклонения По мере того, как центр масс судна приближается к заданной прямолинейной траектории, величины градусных поправок уменьшаются.

В некоторых вариантах исполнения ССБО используется модифицированный закон управления, в основе которого лежит способ управления (4.9), примененный в системе стабилизации путевого угла:

Для обеспечения структурного астатизма по величине бокового отклонения иногда соответствующим образом организуют интегрирующую обратную связь

При расчете коэффициентов законов управления решается оптимизационная задача, связанная с минимизацией средневзвешенного дисперсионного критерия, который непременно должен содержать слагаемое, пропорциональное дисперсии бокового отклонения.

Результаты решения оптимизационной задачи оцениваются по величине статической ошибки регулируемой переменной согласно требованию (4.11).

Необходимость стабилизации судна на заданной кусочно-линейной траектории движения существует во многих случаях. Она связана, в частности, с выполнением геолого-геофизических и поисково-разведочных работ, когда требуется обеспечить точное следование заданной линии профиля. Только в этом случае истинный маршрут судна можно достаточно точно связать с географической картой района, что определяет эффективность исследовательских работ на шельфе и в океане.