DE2204521A1 - ELECTRIC REGULATOR FOR SHIPS - Google Patents

Description

LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH. 6 Prankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH. 6 Prankfurt / Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

^71/3° 27. Januar I₉₇I ^71/3 ° January 27th I ₉₇ I.

"Elektrischer Kursregler für Schiffe»"Electric course controller for ships"

Die Erfindung befaßt sich mit einem elektrischen Kursregler für Schiffe mit PID-Verhalten unter Verwendung eines vorgegebenen Modells zur Ermittlung von Vergleichsgrößen und einer Einrichtung, die das analoge Stellsignal in zwei Kanäle (L- und O-Signal) oder in einen Kanal mit positiven und negativen Sehaltspannungen verwandelt, von denen der eine das Ruder nach Backbord und der andere nach Steuerbord verstellt«The invention relates to an electrical course controller for ships with PID behavior using a predetermined model for determining comparison values and a device that converts the analog control signal into two channels (L and O signal) or into one channel with positive and negative tension, of which the one moves the rudder to port and the other to starboard «

Es sind Selbststeuereinrichtungen, insbesondere Rudersteuerungen für Schiffe bekannt, deren Regeleinrichtungen erst nach Überschreiten einer bestimmten, vorgegebenen Kursabweichung ansprechen, wobei diese Ansprechempfindlichkeit beliebig einstellbar ist· Die hierzu vorgesehene, mit der Kursabweichung beaufschlagte Vorrichtung ist dabei dem Kursregler vorgeschaltet, der nicht eingreift, sofern die eingeführte Kursabweichung unterhalb der Ansprechschwellen dieser Vorrichtung liegt. In derartigen RegeleinrichtungenThere are known automatic control devices, in particular rudder controls for ships, their control devices respond only after a certain, specified course deviation has been exceeded, whereby this response sensitivity can be adjusted as required. The device charged with the course deviation is connected upstream of the course controller, which does not intervene if the introduced course deviation is below the response thresholds of this device. In such control devices

309833/0066309833/0066

HH 71/30HH 71/30

ist es auch bekannt, daß das Einschalten des Kursreglers nach Überschreiten einer vorgegebenen Kursabweichung erfolgt, daß jedoch das Abschalten erst innerhalb eines wesentlich kleineren, ebenfalls einstellbaren Toleranzbereiches bzw. bei größerer Empfindlichkeit erfolgt, so daß eine entsprechend größere Kursgenauigkeit erzielt wird.it is also known that the course controller is switched on after a predetermined course deviation has been exceeded, but that it is switched off only within one significantly smaller, also adjustable tolerance range or with greater sensitivity takes place, see above that a correspondingly greater course accuracy is achieved.

Zweck dieser Einrichtungen ist es, häufig« Stellbefehle von der Ruderstelleinrichtung fernzuhalten und häufige Schaltbefehle, die die vorgesehenen Schaltglieder übermäßig beanspruchen und eventuell zur Überlastung der Ruderstelleinrichtung führen können, zu vermeiden.The purpose of these facilities is to frequently issue “control commands keep away from the rudder control and frequent Switching commands that excessively affect the intended switching elements stress and possibly lead to overloading of the rudder control device.

Es ist weiterhin bekannt, als Kursregler einen PID-Regler zu verwenden, der entsprechend der Regelabweichung einen Proportional- Integral- Differenzialanteil bildet· Durch Summation der bewerteten Einzelanteile wird die Reglercharakteristik gebildet. Sobald dieser Regler eingreift, regelt er die Kursabweichung aus. Eine derartige Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß eine große Kursgenauigkeit nur unter starker Belastung der Schaltglieder und der Ruderstelleinrichtung erzielbar ist. Hierzu muß nämlich der Ansprechtoleranzbereich, der nach Überschreiten einer zugeführten Kursabweichung ansprechenden Vorrichtung sehr klein eingestellt werden, woraus sich eine große Zahl von Schaltspielen der obengenannten Glieder ergibt« Wird die Toleranzbreite der Vorrichtung demgegenüber vergrößert, so daß sich die Zahl der Schaltspiele der einzelnen GliederIt is also known to use a PID controller as a course controller, which has a Proportional-integral-differential component forms · The controller characteristic is formed by adding up the weighted individual components. As soon as this regulator intervenes, he regulates the course deviation. However, such an arrangement has the disadvantage that a great course accuracy can only be achieved when the switching elements and the rudder adjusting device are heavily loaded. For this must namely the response tolerance range of the device that responds after a course deviation is exceeded be set small, which results in a large number of switching cycles of the above elements «If the In contrast, the tolerance range of the device is increased, so that the number of switching cycles of the individual links

309833/0066309833/0066

HH 71/30HH 71/30

verringert, so ergibt sich jedoch eine geringere Kursgenauigkeit· Se bedarf demnach einer feineren Abstufung des Kursreglers, um eine relativ hohe Kursgenauigkeit auch bei geringer Anzahl der Schaltspiele zu erzielen·reduced, however, the result is a lower course accuracy · Se therefore requires a finer gradation of the course controller in order to achieve a relatively high course accuracy even with a small number of switching cycles

Ferner ist ein· Regeleinrichtung vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe bei größerer Kursgenauigkeit häufige Schaltbefehle für die Ruderstelleinrichtung vermieden werden und die unter Beseitigung der genannten Nachteile besser an die wechselnden Bedingungen angepaßt ist, denen insbesondere Schiffe ausgesetzt sind. Ferner soll diese Regeleinrichtung besser an die durch das Schiff selbst gegebenen veränderlichen Eigenschaften angepaßt werden. Als Lösung dieser Aufgabe ist angegeben worden, daß der PD-Anteil und der X-Anteil des Kursreglers unabhängig voneinander in parallelen Zweigen des Kursreglers erzeugt und nach ihrer Addition einem Filter «it Proportionalverhalten und veränderbarem Verstärkungsfaktor zugeführt werden, dessen Ausgangswert den Sollwert für die Rudervers teilung bestimmt und auf ein der Ruderstelleinrichtung zugeordnetes Zeitglied geführt ist, das in den ersten, den PD-Anteil des Kursreglers bildenden Zweig die einstellbare, nach Überschreiten einer zugeführten vorgegebenen Kursabweichung ansprechende Vorrichtung eingeschaltet ist, daß der zweite, den I-Anteil bildende Zweig xur Begrenzung der Regelabweichung ein Begrenzungsglied aufweist, und das Mittel zur Veränderung des Verstärkungsfaktors des Filters in Abhängigkeit von Kenngrößen des Schiffes und eines Schiffsmodells und Mittel zur Veränderung der Ansprechschwellen der einstellbaren Vorrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl der Ruderstellbefehle über einen Zeitbereich vorgesehen sind.Furthermore, a control device has been proposed with the help of which, with greater course accuracy, frequent switching commands for the rudder control device are avoided and which is better adapted to the changing conditions while eliminating the disadvantages mentioned, which in particular Ships are exposed. Furthermore, this control device can be better adapted to the variable properties given by the ship itself. As a solution to this Task has been given that the PD component and the X component of the course controller independently of each other in parallel Branches of the course controller generated and after their addition a filter «it proportional behavior and changeable Gain factor are supplied, the output value of which determines the setpoint for the rudder distribution and a the rudder control device associated timing element is performed, which is in the first, the PD component of the course controller forming branch the adjustable, responding after exceeding a supplied predetermined course deviation Device is switched on that the second, the I component forming branch xur limiting the system deviation has a limiting element, and the means for changing the gain factor of the filter as a function of the parameters of the ship and a ship model and mean are provided for changing the response thresholds of the adjustable device as a function of the number of rudder adjustment commands over a time range.

309833/006&309833/006 &

HIi 71/30HIi 71/30

Bei sprungförmigen Sollvorgaben des Kurses ist mit dieser Regeleinrichtung nur ein mäßiges Einschwingverhalten erzielbar. Bedingt durch die Ansprechschwelle in der Gierlose entsteht bei ihrem Überschreiten ein großes Regler-Ausgangssignal. Die Reglercharakteristik für die Regelung der Gierlose wird damit ungünstig und verursacht Stabilitätsminderungen .In the case of sudden setpoints for the course, only a moderate transient response can be achieved with this control device. Due to the response threshold in the Yawless, a large controller output signal is generated when it is exceeded. The controller characteristic for the regulation of the yaw-less is therefore unfavorable and causes a reduction in stability .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Regler zu schaffen, der eine Ausregelung des Schiffskurses auf einen vorgegebenen Kurs in kürzester Zeit mit geringstmöglichen Überschwingungen veranlaßt. Eingeschlossen sind hierin Störungen, die von außen auf das Schiff einwirken (Wind und Seegang). Der Regler soll zugleich die die dynamischen Eigenschaften des Schiffes beeinflussenden, durch Fahrt- und Belastungsänderungen hervorgerufenen Einflüsse ausgleichen. Schließlich soll die Zahl der Rudermanöver auf einen oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegenden Wert mit geringster Beeinflußung der Stabilität des Regelkreises geregelt werden.It is therefore the object of the invention to create a regulator which regulates the ship's course to a predetermined one Course initiated in the shortest possible time with the least possible overshoot. This includes disorders that act on the ship from outside (wind and swell). The controller should at the same time the dynamic properties of the Compensate for influences affecting the ship and caused by changes in voyage and load. In the end the number of rudder maneuvers should be set to a value above a predetermined limit value with the least possible influence the stability of the control loop.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich das gesamte Aussteuerungssignal für die Rudermaschine aus einem Ausgangssignal des Kursreglers und einem zusätzlichen Anpassungssignal zusammensetzt.To solve this problem, it is proposed according to the invention that the entire control signal for the steering gear composed of an output signal of the course controller and an additional adjustment signal.

Zur Bildung des Ausgangssignalβ wird der integrale Anteil des Kursregiere automatisch dann abgeschaltet, wenn die Soll-Ist-Differenz des Kurses eine vorgegebene Regelabweichung überschreitet. Das Anpassungssignal wird durch Differentiation des Kursdifferenzsignals und durch Vergleich mit einer Modellwinkelgeschwindigkeit gewonnen, das sich über einen Regler und weitere Vergleichsstellen zum RuderwinkelSollwert zuaddiert.The integral component is used to form the output signal The course control is automatically switched off when the target / actual difference of the course has a specified control deviation exceeds. The adjustment signal is obtained by differentiating the course difference signal and by comparison obtained with a model angular velocity, which is obtained via a controller and further comparison points for Rudder angle setpoint added.

309833/0065309833/0065

HH 71/30HH 71/30

Ferner ist zur Lösung dieser Aufgabe ein elektrischer Kursregler vorgesehen, der bei einer steigenden Soll-Ist-Differenz des Kurses die Beträge der Ansprechwerte einer Ansteuereinheit für b„ und s„ verkleinert und für b^ und s., vergrößert und eine steigende Zahl der Rudermanöver pro Zeiteinheit die Beträge der Anspre'chwerte b^, b₂, s^ und S₂ vergrößert· Diese Regelung soll erst bei Überschreiten einer vorgegebenen Zahl der Rudermanöver pro Zeiteinheit wirksam werden. Schließlich sollen zur Ermittlung der Steuerspannung für die Regelung der Ansprechschwelle, abhängig von der Anzahl der Rudermanöver, die Schaltspannungen mit begrenzter Bandbreite differenziert werden, die differenzierten Spannungen gleichgerichtet und addiert werden, sodann die Summenspannung geglättet, mit einem Sollwert verglichen und einem Verzögerungsnetzwert zugeführt werden. Bei steigender Winkelgeschwindigkeit des Schiffes werden die Beträge der Ansprechwerte b₂ und s₂ verkleinert.Furthermore, an electric course controller is provided to solve this problem, which with an increasing target / actual difference of the course reduces the values of the response values of a control unit for b "and s" and for b ^ and s., Increases and an increasing number of rudder maneuvers per unit of time the amounts of the response values b ^, b ₂ , s ^ and S _{2 are} increased. Finally, to determine the control voltage for regulating the response threshold, depending on the number of rudder maneuvers, the switching voltages are differentiated with a limited bandwidth, the differentiated voltages are rectified and added, then the total voltage is smoothed, compared with a nominal value and fed to a delay network value. As the angular velocity of the ship increases, the magnitudes of the response values b ₂ and s _{2 are} reduced.

Mit dem Kursregler nach der Erfindung läßt sich durch das Einschalten des I-Anteiles erst bei kleinen Kursdifferenzen und bei sprungförmigen Sollvorgaben des Kurses ein besseres Einschwingverhalten erzielen. Beim Abschalten des I-Anteils wird dieser automatisch gelöscht· Die neue Regelung nach der Rudermanöverzahl verringert außerdem Stabilitätsminderungen, wie sie durch die Gierlose in früheren Anlagen entstanden sind. Das analoge Reglerausgangssignal wird in ein stufenförmiges Signal mit nur geringem Amplituden- und Phasenfehler umgeformt. Aus dem Vergleich von vorgegebenem Übergangsverhalten für den Kurs, der WinkelgeschwindigkeitWith the course controller according to the invention, by switching on the I-component, only small course differences and achieve a better transient response in the case of sudden setpoints for the course. When switching off the I component this is automatically deleted The new regulation according to the number of rudder maneuvers also reduces stability losses, as they were created by the greedless in earlier plants. The analog controller output signal is converted into a stepped signal with only small amplitude and phase errors transformed. From the comparison of the given Transition behavior for the course, the angular velocity

309833/0065309833/0065

oder der Beschleunigung mit den entsprechenden Ist-Werten wird ein Korrektursignal gebildet und dem Reglerausgang
durch Addition zugefügt. Dadurch läßt sich ein wesentlich größerer Bereich der Schiffseigenschaften ausgleichen.
Durch die vom Kurswinkel und/oder dessen Ableitungen unterlagerte Anpassung erhält man eine Adaption, d.h. das vorhandene Schiff mit seinen Eigenschaften wird einem Modell angepaßt. Ale Ergebnis der Adaption werden bei sprungförmigen Sollvorgaben fast gleiche Übergangsfunktionen erzielt, auch wenn sich die Eigenschaften des Schiffes
ändern. Dieses gilt auch dann noch, wenn die Streckenstruktur nichtlineare Eigenschaften gegenüber dem Modell
besitzt. Der Kursregler nach der Erfindung arbeitet vollautomatisch, benötigt somit keine Einstellungen mehr und
ist für alle Schiffe anwendbar.or the acceleration with the corresponding actual values, a correction signal is generated and the controller output
added by addition. This allows a much larger range of ship properties to be compensated for.
The adaptation, which is subordinate to the course angle and / or its derivatives, results in an adaptation, ie the existing ship with its properties is adapted to a model. Almost the same transition functions are achieved for the result of the adaptation in the case of stepped target specifications, even if the properties of the ship are different
change. This still applies even if the line structure has non-linear properties compared to the model
owns. The course controller according to the invention works fully automatically, thus no longer requires any settings and
is applicable to all ships.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Aueführungsbeispiels sollen weitere Erläuterungen gegeben werden.Using the example shown in the drawing further explanations should be given.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild für den Kursregelkreis und Figur 2 den Verlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung am Block 15 der Fig. 1FIG. 1 shows a block diagram for the course control loop and FIG. 2 shows the course of the output voltage as a function of the input voltage at block 15 of FIG. 1

Nach Figur 1 wird zur Ermittlung der Kursabweichung
der vorgegebene Sollkurs ψ ,, mit dem rückgeführten Istkurs *vj/ . . im Block 1 verglichen. Die Kursabweichung^^ wird
einer Parallelschaltung aus dem PD-Anteil Block 2 und dem I-Anteil Block 3 des Kursreglers zugeführt. Außerdem wird ei· an den Eingang von Block 4 zur Bildung des Betrages gelegt· Der Betragj^T (wird sodann im Block 5 mit der Sollgrenze /■* j<yverglichen, dessen Ausgangesignal an den Schalter gelegt wird. Entsprechend der Abweichung der Istgrenze und der Sollgrenz· verbleibt das Schaltglied s dee SchaltersAccording to Figure 1, to determine the course deviation
the specified target course ψ ,, with the returned actual course * vj /. . compared in block 1. The course deviation ^^ becomes
a parallel connection of the PD component block 2 and the I component block 3 of the course controller. Moreover ei · to the input of block 4 is placed to form the sum · The Betragj ^ T (is then compared in block 5 to the reference line / ■ * j <y whose Ausgangesignal is applied to the switch. In accordance with the deviation of the Istgrenze and the setpoint limit remains the switching element s of the switch

309833/0066309833/0066

HH 71/30HH 71/30

Block 6 in der gezeichneten Stellung 1-2 oder wird in die Stellung 1-3 gebracht. Dieser Schalter dient der Aufgabe, das Einschwingverhalten des Reglers bei Sollwertsprüngen zu verbessern, das bedeutet, daß nur bei kleinen Fehlern (Kursdifferenzen) der I-Anteil Block 3 des Reglers automatisch zugeschaltet wird, Sollwertsprünge allein durch den PD-Anteil Block 2 ausgeregelt werden· Die Ausgangssignale von Block 2 und Block 3 werden dem Block 7 zur Bildung des Ruderwinkel Sollwertes</k zugeführt. Dieses Signal geht auf das vorgegebene Modell einschließlich einer Nachbildung der Rudermaschine Block 8. In dem gewählten Beispiel wird die Modellwinkelgeschwindigkeit^ ,. gebildet. Der Block 8 gibt ein ausgewähltes Verhalten der Regelstrecke vor. Der Kursregler ist für dieses Modell ausgelegt. In Block 9 erfolgt die Differentiation der Kursabweichung Jj ι , um die Istwinkelgeschwindigkeit ^ . , zu erhalten. Wenn vorausgesetzt wird, daß der vorgegebene Sollwert ~ψ __ annähernd konstant ist, dann ist auch/-* j-^y . , . Die direkte Messung der Istwinkelgeschwindigkeit ^ . , ist nur mit erheblichem Aufwand möglich. In Block 10 findet der Vergleich der Modellwinkelgeschwindigkeit ^ _M mit der Schiffswinkelgeschwindigkeit ^ statt. Ist das Schiff sver hai ten "^ _s und das Modellverhalten ^j/ _M gleich, so ist die Differenz null. Differenzen treten nur auf, wenn sich das SchiffsverhaIten ändert. Wenn Differenzen der Winkelgeschwindigkeit auftreten, z.B. dadurch, daß das Schiffsverhalten durch Verringerung der Fahrtgeschwindigkeit langsamer wird, so werden diese im Block 11 kompensiert. Durch diese Adaption wird die Differenz der Winkelgeschwindigkeiten ausgeregelt. Es wird somit ein dynamisches Korrektursignal und in Block 12 das gesamte Korrektursignal gebildet. Durch Addition, nicht durch Multiplikation bzw. Division, wird dieses Korrektursignal dem Reglerausgangssignal in Block zugeführt, dessen Ausgangssignal J" .... _ dem Sollwert fürBlock 6 in the illustrated position 1-2 or is brought into position 1-3. The purpose of this switch is to improve the settling behavior of the controller in the event of setpoint jumps, which means that the I component block 3 of the controller is automatically switched on only in the event of small errors (course differences), setpoint jumps are compensated for by the PD component block 2 alone. The output signals from block 2 and block 3 are fed to block 7 for forming the rudder angle setpoint value </ k. This signal goes to the specified model including a replica of the rowing machine block 8. In the example chosen, the model angular velocity ^,. educated. The block 8 specifies a selected behavior of the controlled system. The course controller is designed for this model. In block 9, the course deviation Jj ι is differentiated by the actual angular velocity ^. , to obtain. If it is assumed that the specified nominal value ~ ψ __ is approximately constant, then / - * j- ^ y is also. , . The direct measurement of the actual angular velocity ^. , is only possible with considerable effort. In block 10, the comparison of model angular velocity ^ _M with the ship's angular velocity ^ takes place. If the ship is sver hai th "^ _s and the model behavior ^ j / _M equal, so the difference is zero. Differences occur only when the SchiffsverhaIten changes. If differences of the angular velocity occur, for example, in that the ship behavior by reducing the Driving speed becomes slower, this is compensated in block 11. This adaptation regulates the difference in the angular speeds fed to the controller output signal in block, whose output signal J " .... _ the setpoint for

SG -Ll dt SG -Ll German

den Ruderwinkel entspricht.corresponds to the rudder angle.

309833/006$ Γ ⁸ "309833/006 $ Γ ⁸ "

HH 71/30HH 71/30

In der Adaptionssehaltung Block 8 bis 12 werden die dynamischen Eigenschaften und strukturellen Unterschiede zwischen dem vorgegebenen Modell und dem vorhandenen Schiff ausgeglichen. Das gesamte Reglerausgangssignal Block 13 wird der Ansteuereinheit der Rudermaschine Block Ik und 15 zugeführt. In Block lk wird die Differenz zwischen dem Sollwert für den Ruderwinkel und dem zurückgemeldeten Istwert (z.B. S. ,) gebildet. Mit diesem Differenzsignal wird eine Ansteuereinheit, beispielsweise der Trigger Block 15 beaufschlagt, dessen Ansprechwerte b., S₁ und Abfallwerte b„, s„ bzw. Hysteresenbreite frei einstellbar sind und durch den Block geregelt werden, b.» b- stellen die Werte für die Backbordseite und S₁, S₂ die Werte für die Steuerbordseite dar. Das Ausgangssignal von Block 15 wird z.B. einem Stellzylinder Block l6 zugeführt; im Block 17 wird mechanisch die Differenz zwischen dem Stellzylinder-Istwert S. . und dem Istwert des Ruderwinkels S ± + zur Ansteuerung der Hauptpumpen gebildet, dessen Ausgangssignal die Rudermaschine Block 18 beaufschlagt. Ähnliche Ansteuerungen werden bei der direkt gesteuerten und elektrisch angetriebenen Rudermaschine verwendet. Die nachgeschalteten Blöcke kl und 42 stellen das Schiff dar, Block beschreibt den Winkelgeschwindigkeitsverlaufγ _ist des Schiffes und Block 3k bildet die Integration sum Kurswinkel *γ . nach.In the adaptation circuit block 8 to 12, the dynamic properties and structural differences between the given model and the existing ship are compensated. The entire controller output signal block 13 is fed to the control unit of the steering machine block Ik and 15. In block lk the difference between the target value for the rudder angle and the reported actual value (eg S.,) is formed. This differential signal is applied to a control unit, for example the trigger block 15, whose response _{values b., S 1} and dropout values b ", s" or hysteresis width are freely adjustable and regulated by the block, b. » b- represent the values for the port side and S ₁ , S ₂ the values for the starboard side. The output signal from block 15 is fed, for example, to an actuating cylinder block 16; in block 17 the difference between the actuating cylinder actual value S. and the actual value of the rudder angle S ± + for controlling the main pumps, the output signal of which is applied to the rowing machine block 18. Similar controls are used in the directly controlled and electrically driven steering gear. The downstream blocks kl and 42 represent the ship, block describes the angular velocity curve _{γ ist of} the ship and block 3k forms the integration sum course angle * γ . after.

Die Anzahl der Rudermanöver auf einen vorgegebenen Wert wird durch Regeln der Ansprechschwelle und der Hysteresenbreite des Triggers Block 15 realisiert. Zu diesem Zweck wird sein Ausgangesignal zwecke Zählung der Ruderimpulse auf die Blöcke 19 und 20 gegeben, deren Ausgang die Ist-ImpulszahlThe number of rowing maneuvers to a given value is controlled by the response threshold and the hysteresis width of the trigger block 15 implemented. For this purpose, its output signal is used to count the rudder pulses on the Blocks 19 and 20 given, the output of which is the actual number of pulses

309833/0066309833/0066

HH 71/30HH 71/30

darstellt. Sie wird mit einer vorgegebenen Soll-Impulszahl im Block 21 verglichen. Block 22 dient zur Regelung der
Ruderimpulsanzahl, Block 23 zur Begrenzung des Reglerausganges. Wenn die Impulsanzahl kleiner als der vorgegebene Wert ist, so wird die Ausgangsspannung nicht weiter verkleinert. Der Ausgang von Block 23 entspricht somit einem Ansprechwert für den Trigger Block 15· In der Summationsstelle Block 2k wird dem Ausgang des Blockes 23 ein Grundwert für die Ansprechschwelle zuaddiert· Das Ausgangssignal von Block 2k wird ,dem Block 29 unmittelbar zugeführt·represents. It is compared in block 21 with a predefined setpoint number of pulses. Block 22 is used to regulate the
Number of rudder pulses, block 23 to limit the controller output. If the number of pulses is less than the specified value, the output voltage is not reduced any further. The output of block 23 thus corresponds to a response value for the trigger block 15 · In the summation point block 2k , a base value for the response threshold is added to the output of block 23 · The output signal from block 2k is fed directly to block 29 ·

Die Realisierung der Hysteresenbreitenregelung ist im Ausführungsbeispiel als Verschiebung des Ansprechwertes zum Abfallwert des Triggers Block 15 dargestellt. Hierzu wird im Block 25 ein einstellbarer Koeffizient für die Hysteresenbreite gebildet. Diese ist dem Ansprechwert des Triggers Block 15 direkt proportional. Über eine Summationsstelle Block. 26 und die Blöcke 27 und 28 zur Erzeugung des Abfallpunktes wird das Signal auf die Summationsstelle Block 29 gegeben· Der Ausgang dieser Summationsstelle entspricht dem derzeitigen Kippunkt des Triggers und wird diesem zugeführt.The implementation of the hysteresis width regulation is in the exemplary embodiment shown as a shift of the response value to the dropout value of the trigger block 15. This is done in the block 25 an adjustable coefficient for the hysteresis width is formed. This is directly related to the response value of the trigger block 15 proportional. Via a summation point block. 26 and the blocks 27 and 28 for generating the fall point will be the Signal given to the summation point block 29 · The output this summation point corresponds to the current tipping point of the trigger and is fed to it.

Das Übergangsverhalten des Schiffes bei sprungförmigen Sollwertvorgaben wird verbessert, wenn eine zusätzliche Hysteresen breiten- (Impulslängen-) Regelung vorgesehen wird,die von den Schiffseigenschaften abhängig ist· Hierzu wird das Ausgangssignal^i'f in Block 30 gleichgerichtet und der Betrag \ΔΊ \ mit dem Be tr ag I/1^f in Block 31 summiert. Das Signal aus Block 31 wird mit dem Signal aus Block 24 im Block 32The transitional behavior of the ship in the case of sudden setpoint specifications is improved if an additional hysteresis width (pulse length) control is provided, which is dependent on the ship's characteristics.For this purpose, the output signal ^ i'f is rectified in block 30 and the amount \ ΔΊ \ with the Be tr ag I / 1 ^ f in block 31 summed up. The signal from block 31 is combined with the signal from block 24 in block 32

- 10 -- 10 -

309833/QOSS309833 / QOSS

HH 71/30HH 71/30

multipliziert. Dieses Äusgangssignal wird dem Block 26 zugeführt. Solange eine große Kursdifferenz ansteht, werden große Ruderimpulse gegeben* Zur minimalen Hysteresenbreite (Ausgang Block 25) wird das Signal aus Block 32 addiert. Bine zusätzliche Vergrößerung der Hysteresenbreite erfolgt dadurch, daß mit Block 35 über die Summation im Block 24 ein zusätzliches Signal gebildet wird, das die Ansprechschwelle zu größeren Werten verschiebt.multiplied. This output signal is fed to block 26. As long as there is a large exchange rate difference, they will be large Rudder impulses given * The signal from block 32 is added to the minimum hysteresis width (output block 25). Bine additional The width of the hysteresis is increased by adding an additional value to block 35 via the summation in block 24 Signal is formed that shifts the response threshold to larger values.

In Figur 2 ist der Verlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung am Trigger 15 nach Figur 1 dargestellt, b. und S₁ bilden die Ansprechwerte der Ansteuereinheit (Trigger Block 15) und b„ und S₂ die Abfallwerte. Diese sind frei einstellbar und werden durch den Block 29 geregelt. Wenn die Soll-Ist-Differenz des Kurses (Fig. 1 Block l4) ansteigt, sollen erfindungsgemäß die Beträge der Werte für b_g und S₂ verkleinert und für b₁ und S₁ vergrößert werden. Eine Verkleinerung der Beträge der Werte für b_o und S₂ soll auch bei steigender Winkelgeschwindigkeit des Schiffes erfolgen.FIG. 2 shows the course of the output voltage as a function of the input voltage at the trigger 15 according to FIG. 1, b. and S ₁ form the response values of the control unit (trigger block 15) and b "and S ₂ the drop values. These are freely adjustable and are regulated by block 29. If the target / actual difference of the course (FIG. 1 block 14) increases, according to the invention the amounts of the values for b _g and S _{2 are to be} reduced and for b ₁ and S _{1 to be} increased. The values for b _o and S ₂ should also be reduced when the angular velocity of the ship increases.

10 Seiten Beschreibung
9 Patentansprüche
2 Bl. Zeichnungen mit 2 Fig.10 pages of description
9 claims
2 sheets. Drawings with 2 Fig.

309833/0066309833/0066

Claims (1)

HH 71/30 27- Januar 1972HH 71/30 January 27, 1972 PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1,) !Elektrischer Kursregler für Schiffe mit PID-Verhalten V S unter Verwendung eines vorgegebenen Modelle zur Ermittlung von Vergleichsgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß sich das gesamte Ansteuerungssignal . (<f „) für die Rudermaschine aus einem Ausgangssignal Cg ^) des Kursreglers (Block 2 und 3) und einem zusätzlichen Anpassungβ-signal (Block 12) zusammensetzt.1,)! Electric course controller for ships with PID behavior V S using a predefined model for determining comparison variables, characterized in that the entire control signal. (<f ") for the steering gear composed of an output signal Cg ^) of the course controller (blocks 2 and 3) and an additional adaptation β-signal (block 12). 2.) Kursregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _t daß zur Bildung des Ausgangssignals tS -j) der integrale Anteil (Block 3) des Kursreglers automatisch dann abgeschaltet wird, wenn die Soll-Ist-Differenz (^iL.) des Kurses eine vorgegebene Regelabweichung überschreitet·2.) rate regulator according to claim 1, characterized in _t that to form the output signal TS -j) the integral component (block 3) of the course controller is automatically switched off when the set-actual value difference (^ iL.) Of the course, a predetermined Control deviation exceeds 3·) Kursregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung dee Anpassungesigna^s (Block 12) eine Differentiation des Kursdifferenzsignals (IVf) und ein Vergleich mit einer Modellwinkelgeschwindigkeit (^m) erfolgt, das sich Über einen Regler (Block 11) und weitere Vergleichsstellen (Block 12, 13) zum Ruderwinkelsollwert (S j) zuaddiert.3) Course controller according to claim 1, characterized in that the course difference signal (IVf) is differentiated and compared with a model angular velocity (^ m), which is obtained via a controller (block 11), to form the adaptation signal (block 12). and further comparison points (block 12, 13) are added to the rudder angle setpoint (S j). k.) Kursregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k.) Course regulator according to claim 1, characterized in that zur Bildung des Anpassungssignals (Block 12) der Kurswinkel und/oder dessen Ableitung mit einem entsprechenden Modellsignal verglichen und über einen Regler (Block 11) zum Ruderwinkelsollwert (£ ₁) zuaddiert wird.To form the adaptation signal (block 12), the course angle and / or its derivative is compared with a corresponding model signal and added to the rudder angle setpoint (£ ₁ ) via a controller (block 11). 309833/0Ü6B .309833 / 0Ü6B. HH 71/30HH 71/30 5.) Elektrischer Kursregler für Schiffe mit PID-Verhalten und einer Einrichtung, die das analoge Stellsignal in zwei Kanäle (L-, O-Signale) oder in einen Kanal mit positiven und negativen Schaltspannungen verwandelt, von denen der eine das Ruder nach Backbord nach Steuerbord verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine steigende Soll-Ist-Differenz dee Kurses die Beträge der Ansprechwerte einer Ansteuereinheit (Block 15) für b„ und s₂ verkleinert und für b^ und S₁ vergrößert und eine steigende Zahl der Rudermanöver pro Zeiteinheit die Beträge der Ansprechwerte bj, b₂, S₁ und s_ vergrößert. (Figur 2)5.) Electric course controller for ships with PID behavior and a device that converts the analog control signal into two channels (L, O signals) or into one channel with positive and negative switching voltages, one of which is the rudder to port Adjusted to starboard, characterized in that an increasing target / actual difference of the course _{reduces the amounts of the response values of a control unit (block 15) for b 1 and s 2} and increases for b 1 and S 1 and an increasing number of rudder maneuvers per unit of time The magnitudes of the response values bj, b ₂ , S ₁ and s_ increased. (Figure 2) 6.) Kursregler nach Anspruch 5 * dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung erst bei Überschreiten einer vorgegebenen Zahl der Rudermanöver pro Zelteinheit wirksam ist*6.) Course regulator according to claim 5 *, characterized in that the regulation is only effective when a specified number of rowing maneuvers per tent unit is exceeded * 7·) Kursregler nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge des Ansprechwerte* dee Triggers (Block 15) b_lf b_, S₁, B- einander proportional sind.7 ·) Course controller according to claim 5 »characterized in that the magnitudes of the response values * dee trigger (block 15) b _lf b_, S ₁ , B- are proportional to one another. 8.) Kursregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Steuerspannung für die Regelung der Ansprechschwelle, abhängig von der Anzahl der Rudermanöver, die Schaltspannungen mit begrenzter Bandbreite differenziert werden (Block 19), die differenzierten Spannungen gleichgerichtet und addiert werden, die Summenspannung geglättet (Block 20) Mit einem Sollwert verglichen (Block 21) und einem Regler (Block 22) zugeführt wird.8.) Course regulator according to claim 5, characterized in that to determine the control voltage for the regulation of the Response threshold, depending on the number of rudder maneuvers, which differentiates switching voltages with a limited bandwidth are (block 19), the differentiated voltages are rectified and added, the total voltage is smoothed (Block 20) compared with a setpoint value (block 21) and fed to a controller (block 22). 9«) Kursregler nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß bei steigender Winkelgeschwindigkeit des Schiffes die Beträge der Ansprechwerte b„ und S₂ verkleinert werden (Blöcke 30, 31, 32)9 «) Course regulator according to claim 5t, characterized in that as the angular speed of the ship increases, the magnitudes of the response values b" and S _{2 are} reduced (blocks 30, 31, 32) LICENTIA PATENT-VERVALTUNGS-OMBHLICENTIA PATENT-VERVALTUNGS-OMBH 309833/0065309833/0065 LeerseiteBlank page