RU2615848C1

RU2615848C1 - Moving vessel control method

Info

Publication number: RU2615848C1
Application number: RU2015147893A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Юдин; Александр Валентинович Власов; Александр Вячеславович Кайченов; Андрей Юрьевич Висков
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2017-04-11

Abstract

FIELD: physics, control and alarm system.

SUBSTANCE: invention relates to a method for moving vessel control. To control a moving vessel, coordinates of the two most widely separated points are determined continuously within the vessel contour, one point is located at the bow and the other is at the stern, lateral and longitudinal deviations from the predetermined axis are determined, control signals are developed for individual elements or the entire propulsion and steering system based on the determined law, position and orientation of the selected coordinate system is changed, considering the features of vessel maneuvering during performance of a particular key operation, the possibility of maneuvering is predicted based on the vessel mathematical model considering its dynamic properties, influence of external factors, technical parameters of the propulsion and steering system, energy efficiency and safety requirements for key operations, decisions are made on the further vessel control or maneuvering termination.

EFFECT: invention provides safety and energy efficiency of key onboard operations.

5 dwg

Description

Изобретение относится к управлению движущимся судном во время выполнения им ключевой судовой операции, например швартовной операции или динамического позиционирования, с соблюдением требований безопасности и эффективности ее осуществления и касается автоматического управления движительно-рулевым комплексом судна с использованием значений координат двух разнесенных по длине судна точек в заданной координатной системе, положение и ориентация которой на плоскости определяется энергетической эффективностью и безопасностью выполняемого маневрирования.The invention relates to the management of a moving vessel during the execution of a key ship operation, for example, mooring operations or dynamic positioning, in compliance with safety requirements and the effectiveness of its implementation, and for automatic control of the propulsion and steering complex of the vessel using the coordinates of two points spaced along the length of the vessel at a given coordinate system, the position and orientation of which on the plane is determined by energy efficiency and safety, direct maneuvering.

Известен способ управления движущимся судном по величине поперечных смещений двух разнесенных по длине судна точек, условно называемых носовой F и кормовой А, и условной точки G, расположенной в пределах корпуса судна в его диаметральной плоскости (ДП), текущее положение которой определяют исходя из текущих значений координат носовой F и кормовой А точек (Пат. РФ №2553610, опубл. 05.06.2015).A known method of controlling a moving vessel in terms of lateral displacements of two points spaced along the length of the vessel, conventionally called bow F and aft A, and a conditional point G located within the hull of the vessel in its diametrical plane (DP), the current position of which is determined based on current values the coordinates of the bow F and stern A points (Pat. RF №2553610, publ. 05.06.2015).

Способ заключается в том, что в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая - к корме судна (точка А на фиг. 1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OY_o.The method consists in the fact that two points are selected within the ship’s contour in its diametrical plane, one of which is located at the bow of the ship (point F in Fig. 1-5) and the other at the stern of the ship (point A in Fig. 1- 5) relative to the plane of the midship frame. The distance between points F and A is selected depending on the technical feasibility of placing at these points receiving antennas of a satellite navigation system (SNA). The greater this distance, the better the operation of the motion control system of the positioning vessel relative to the axis OY _o .

Координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.The coordinates of points F and A are determined continuously with high accuracy (± 1.0 m), this became possible with the introduction of coastal stations in the SNA, which calculate and transmit differential corrections to the vessel.

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA) от оси OY_o и продольные отклонения точки F (d_yoF) и точки A (d_yoA) от оси OX_o. Знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы X_oOY_o, в котором находятся точки F и А.The coordinate values allow you to continuously calculate the lateral deviations of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ) from the axis OY _o and the longitudinal deviations of the point F (d _yoF ) and point A (d _yoA ) from the axis OX _o . The signs of these deviations depend on the octant of the Cartesian coordinate system X _o OY _o , in which the points F and A.

Возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:The resulting lateral deviations generate a control signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law:

где α₁, α₂ - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OY₀. where α ₁ , α ₂ are the gains along the transverse deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OY ₀ .

Сигнал σ_y считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна от оси OY_o. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна пересекает ось OY_o под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (d_xoF) и точки А (d_xoA), причем d_xoF больше 0, d_xoA меньше 0 (фиг. 1) и d_xoF меньше 0, d_xoAбольше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d_xoF и d_xoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OY_o; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d_xoF, d_xoA и к совпадению ДП судна и оси OY_o.The signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. In FIG. 1-4 depict the main options for possible deviations of the vessel from the axis OY _o . For example, in FIG. 1, 2, the ship's DP crosses the OY _o axis at a certain angle, the value of which is characterized by the lateral displacements of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ), with d _xoF greater than 0, d _xoA less than 0 (Fig. 1) and d _{xoF is} less than 0, d _{xoA is} greater than 0 (Fig. 2). In the first case (Fig. 1), according to the law (1), the elements of the propulsion and steering complex will provide the vessel to rotate counterclockwise, which will lead to a decrease in d _xoF and d _xoA and, ultimately, in coincidence of the ship's DP and axis OY _o ; in the second case (Fig. 2), the control signal will have a positive value and the propulsion-steering complex will ensure the rotation of the vessel clockwise, which will lead to a decrease in d _xoF , d _xoA and to coincide the ship's DP and axis OY _o .

На фиг. 3, 4 ДП судна не пересекает линию OY_o, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σ_y и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α₁ и α₂ (α₁ больше α₂, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы, фиг. 3, 4; α₁ и α₂ будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, фиг. 1, 2). In FIG. 3, 4, the ship's DP does not cross the line OY _o , and the lateral displacements of points F, A have the same signs, positive in FIG. 3 and negative in FIG. 4. The sign of σ _y and the corresponding direction of rotation of the vessel, provided by its propulsion and steering complex, depend on the ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ (α _{1 is} greater than α ₂ if the signs of the transverse displacements of points F and A are the same, Fig. 3, 4; α ₁ and α ₂ will be equal in magnitude if the signs of the transverse displacements of the points F and A are opposite, Fig. 1, 2).

Соотношение значений коэффициентов α₁ и α₂может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления ДП судна от линии OY_o будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:The ratio of the values of the coefficients α ₁ and α ₂ can be selected from various considerations. For example, if we assume that the deviation of the direction of the ship's drift from the line OY _o will be within ± 90 °, then this ratio will be determined by the expression:

где l - расстояние между точками F и А.where l is the distance between points F and A.

Возникающие продольные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону:The resulting longitudinal deviations generate a control signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law:

где β₁, β₂ - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OX_o. Сигнал σ_x считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом. При этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условияwhere β ₁ , β ₂ are the gains along the longitudinal deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OX _o . The signal σ _x is considered positive when the ship is in forward motion and negative when the ship is in reverse. In this case, the withdrawal of the conditional point G to the specified point O in the process of performing a key ship operation will be provided based on the condition

Формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (ϕ_от, λ_от) и заданных (ϕ_оз, λ_оз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы X_oOY_o (σ_o):Manually or automatically _form taking into account the values of the current (ϕ _from , λ _from ) and given (ϕ _oz , λ _oz ) coordinates of the point O signal to change the position of the origin of the coordinate system X _o OY _o (σ _o ):

где ϕ_от, λ_от - текущие значения широты и долготы точки О соответственно;where ϕ _from , λ _from are the current latitude and longitude of point O, respectively;

ϕ_оз, λ_оз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно;ϕ _oz , λ _oz - given values of latitude and longitude of point O, respectively;

χ₁, χ₂ - коэффициенты усиления.χ ₁ , χ ₂ - gain.

Формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OY_o относительно направления на N с учетом значений текущего Ψ_т и заданного Ψ_з угла поворота:Form a manual or automatic signal to change the angle of the rotation axis OY _o with respect to the direction N considering the current values Ψ _t and Ψ predetermined angle _of rotation:

где γ - коэффициент усиления.where γ is the gain.

При этом значения заданных координат (ϕ_оз, λ_оз) начала координатной системы X_oOY_o определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например при выполнении швартовной операции.At the same time, the values of the given coordinates (ϕ _oz , λ _oz ) of the origin of the coordinate system X _o OY _{o are} determined based on the given position of the vessel on the given trajectory of maneuvering, for example, when performing a mooring operation.

Значение заданного направления оси OY_o определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна. В частности, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования.The value of the specified direction of the axis OY _o is determined based on the safety and energy efficiency of the motion control of the vessel. In particular, when positioning the vessel at a given point, the indicated direction is determined taking into account the current value of the wind direction in the positioning area.

Таким образом, меняют положение и ориентацию координатной системы X_oOY_o на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции.Thus, the position and orientation of the coordinate system X _{o O o} _o on the plane are changed, taking into account the peculiarities of the maneuvering of the vessel when performing a specific key ship operation.

Однако изменение положения координатной системы X_oOY_o без учета динамических свойств управляемого судна может привести к ситуации, когда поставленная цель планируемого маневра окажется недостижимой, то есть управляемое судно не в состоянии будет выполнить определенную команду на приведение его в заданное положение, соответствующее заданному положению координатной системы X_oOY_o минимум по двум причинам:However, a change in the position of the coordinate system X _o OY _o without taking into account the dynamic properties of the steered vessel can lead to a situation where the target of the planned maneuver is unattainable, that is, the steered vessel will not be able to carry out a specific command to bring it to a predetermined position corresponding to a given coordinate position X _o OY _o systems for at least two reasons:

- особенности динамических свойств судна с учетом влияния внешних факторов (ветер, волнение, течение, мелководье, ледовые условия) не позволяют выполнить заданный маневр;- features of the vessel’s dynamic properties, taking into account the influence of external factors (wind, waves, current, shallow water, ice conditions) do not allow to perform a given maneuver;

- особенности технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна не позволяют реализовать сформированный сигнал управления.- features of the technical parameters of the propulsion and steering complex of the vessel do not allow to realize the generated control signal.

Относительная скоротечность выполнения маневра любой сложности не представляет судоводителю достаточно времени для анализа степени и характера влияния множества факторов на поведение судна. В этих условиях целесообразно использовать возможности бортового компьютера. Для этого необходимо, прежде всего, иметь в памяти компьютера математическую модель судна (ММС) или несколько его моделей, а также адекватное запрограммированное математическое описание характера воздействия внешних факторов на динамические свойства судна.The relative speed of the maneuver of any complexity does not provide the skipper with enough time to analyze the degree and nature of the influence of many factors on the behavior of the vessel. In these conditions, it is advisable to use the capabilities of the on-board computer. For this, it is necessary, first of all, to have in the computer's memory a mathematical model of the vessel (MMS) or several of its models, as well as an adequate programmed mathematical description of the nature of the influence of external factors on the dynamic properties of the vessel.

Известными программными методами в оперативную память бортового компьютера необходимо своевременно вносить значения параметров, характеризующих текущее состояние загрузки судна и внешней среды в районе предполагаемого или планируемого маневрирования и, наконец, если это возможно, используя графические возможности бортового компьютера, предусмотреть присутствие на экране монитора отображения навигационной обстановки в районе маневрирования.Known software methods in the on-board computer RAM must promptly enter the values of the parameters characterizing the current state of the vessel’s load and the environment in the area of the proposed or planned maneuvering and, finally, if possible, using the graphics capabilities of the on-board computer, provide for the presence of the navigation situation on the monitor screen in the area of maneuvering.

Наличие указанной информации позволит судоводителю заранее, а возможно и непосредственно перед выполнением маневра, смоделировать процесс его протекания при реальном множестве комбинаций управляющих воздействий на судно с использованием технических возможностей его движительно-рулевого комплекса, что позволит установить возможность выполнения маневра в соответствии с целенаправленным перемещением координатной системы X_oOY_o.The presence of this information will allow the skipper in advance, and possibly immediately before the maneuver, to simulate the process of its course with a real set of combinations of control actions on the vessel using the technical capabilities of its propulsion and steering complex, which will establish the possibility of performing the maneuver in accordance with the targeted movement of the coordinate system X _o OY _o .

На основании вышесказанного можно утверждать, что одним из необходимых условий решения задачи управления судном посредством целенаправленного перемещения координатной системы X_oOY_o, с учетом соблюдения требований безопасности выполнения маневра, является использование прогностических модулей для бортового компьютера на базе ММС, адекватно описывающей его динамику при любом заданном состоянии загрузки судна и разнообразном сочетании внешних факторов.Based on the foregoing, it can be argued that one of the necessary conditions for solving the problem of controlling a vessel by means of a targeted movement of the coordinate system X _o OY _o , taking into account the safety requirements for performing the maneuver, is the use of prognostic modules for an on-board computer based on MMC that adequately describes its dynamics for any a given state of loading of the vessel and a diverse combination of external factors.

Предлагаемый способ управления движущимся судном иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.The proposed method for controlling a moving vessel is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-5.

На фиг. 1, 2, 3, 4 изображены возможные варианты отклонения судна от оси OY_о, на фиг. 5 - управление судном предлагаемым способом.In FIG. 1, 2, 3, 4 show possible variants of the deviation of the vessel from the axis OY _о , in FIG. 5 - control of the vessel by the proposed method.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в приведении судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории при периодическом изменении заданного положения с использованием ММС для прогнозирования возможности выполнения заданного маневра с учетом динамических свойств судна, влияния внешних факторов на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.The technical result, to which the claimed invention is directed, consists in bringing the vessel to a predetermined position on the plane when holding the vessel in a predetermined position or moving the vessel along a predetermined path while periodically changing a predetermined position using MMS to predict the possibility of performing a given maneuver taking into account dynamic properties vessel, the influence of external factors on the dynamics of the vessel, technical parameters of the propulsion and steering complex of the vessel, based on t Requirements for energy efficiency and safety of a key ship operation.

Для достижения указанного технического результата в способе управления движущимся судном, когда в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая - к корме судна (точка А на фиг. 1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OY_o.To achieve the specified technical result in the method of controlling a moving vessel, when two points are selected within the vessel’s contour in its diametrical plane, one of which is located at the bow of the vessel (point F in Fig. 1-5) and the other at the stern of the vessel (point And in Fig. 1-5) relative to the plane of the midship frame. The distance between points F and A is selected depending on the technical feasibility of placing at these points receiving antennas of a satellite navigation system (SNA). The greater this distance, the better the operation of the motion control system of the positioning vessel relative to the axis OY _o .

Значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA) от оси OY_o и продольные отклонения точки F (d_yoF) и точки A (d_yoA) от оси ОХ_о. Знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы X_oOY_o, в котором находятся точки F и А.The coordinate values allow us to continuously calculate the lateral deviations of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ) from the axis OY _o and the longitudinal deviations of the point F (d _yoF ) and point A (d _yoA ) from the axis OX _o . The signs of these deviations depend on the octant of the Cartesian coordinate system X _o OY _o , in which the points F and A.

Возникающие поперечные отклонения вырабатывают сигнал управления для работы отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по закону (1).The resulting lateral deviations generate a control signal for the operation of individual elements or the entire propulsion and steering complex of the vessel according to the law (1).

Сигнал σ_y считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна от оси OY_o. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна пересекает ось OY_o под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA), причем d_xoF больше 0, d_xoA меньше 0 (фиг. 1) и d_xoF меньше 0, d_xoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d_xoF и d_xoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OY_o; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d_xoF, d_xoA и к совпадению ДП судна и оси OY_o.The signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. In FIG. 1-4 depict the main options for possible deviations of the vessel from the axis OY _o . For example, in FIG. 1, 2, the ship's DP crosses the OY _o axis at a certain angle, the value of which is characterized by the values of the lateral displacements of the point F (d _xoF ) and point A (d _xoA ), with d _xoF greater than 0, d _xoA less than 0 (Fig. 1) and d _{xoF is} less than 0, d _{xoA is} greater than 0 (Fig. 2). In the first case (Fig. 1), according to the law (1), the elements of the propulsion and steering complex will provide the vessel to rotate counterclockwise, which will lead to a decrease in d _xoF and d _xoA and, ultimately, in coincidence of the ship's DP and axis OY _o ; in the second case (Fig. 2), the control signal will have a positive value and the propulsion-steering complex will ensure the rotation of the vessel clockwise, which will lead to a decrease in d _xoF , d _xoA and to coincide the ship's DP and axis OY _o .

На фиг. 3, 4 ДП судна не пересекает линию OY_o, а поперечные смещения точек F, А имеют одинаковые знаки, положительные на фиг. 3 и отрицательные на фиг. 4. Знак σ_y и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α₁ и α₂ (α₁ больше α₂, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы (фиг. 3, 4); α₁ и α₂будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны (фиг. 1, 2). Соотношение значений коэффициентов α₁ и α₂может быть выбрано из различных соображений. Например, если считать, что отклонение направления ДП судна от линии OY_o будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:In FIG. 3, 4, the ship's DP does not cross the line OY _o , and the lateral displacements of points F, A have the same signs, positive in FIG. 3 and negative in FIG. 4. The sign of σ _y and the corresponding direction of rotation of the vessel, provided by its propulsion and steering complex, depend on the ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ (α _{1 is} greater than α ₂ if the signs of the transverse displacements of points F and A are the same (Fig. 3, 4); α ₁ and α ₂ will be equal in magnitude if the signs of the transverse displacements of the points F and A. are opposite (Fig. 1, 2). The ratio of the values of the coefficients α ₁ and α ₂ can be selected from various considerations. For example, if we consider DP direction that the deviation of the vessel from OY _o lines is within ± 90 °, it is specified ratio will be determined by the expression:

,

где β₁, β₂ - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OX_o. Сигнал σ_х считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом. При этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условияwhere β ₁ , β ₂ are the gains along the longitudinal deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OX _o . The signal σ _x is considered positive when the ship is in forward motion and negative when the ship is in reverse. In this case, the withdrawal of the conditional point G to the specified point O in the process of performing a key ship operation will be provided based on the condition

.

,

где ϕ_от, λ_от - текущие значения широты и долготы точки О соответственно; ϕ_оз, λ_оз - заданные значения широты и долготы точки О соответственно; χ₁, χ₂ - коэффициенты усиления.where ϕ _from , λ _from are the current latitude and longitude of point O, respectively; ϕ _oz , λ _oz - given values of latitude and longitude of point O, respectively; χ ₁ , χ ₂ - gain.

Формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OY_o относительно направления на N с учетом значений текущего Ψ_T и заданного Ψ_з угла поворота:Form a manual or automatic signal to change the angle OY _o axis of rotation relative to the direction N on given values of the current and predetermined Ψ _T Ψ angle _of rotation:

,

где γ - коэффициент усиления.where γ is the gain.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного вышеизвестного, наиболее близкого к нему, является:Distinctive features of the proposed method from the above known, closest to it, is:

- для обеспечения вывода управляемого судна в заданное положение, когда ДП судна совпадает с положительным направлением оси OY_o, а условная точка судна G совпадает с положением точки О на поверхности Земли, с использованием бортового компьютера на базе ММС с учетом установленной заданным положением системой координат X_oOY_o заданного места судна на поверхности Земли, прогнозируют возможность выполнения заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции;- to ensure the withdrawal of the steered vessel to a predetermined position, when the ship's vessel coincides with the positive direction of the axis OY _o , and the conditional point of the vessel G coincides with the position of the point O on the Earth’s surface, using an on-board computer based on MMC taking into account the coordinate system X established by the specified position _o OY _{o a} given place of the vessel on the Earth’s surface, they predict the possibility of performing a given maneuver taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel’s movement, physical parameters of the propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of key ship operations;

- дополнительно, по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат X_oOY_oположение на поверхности Земли, принимают решение о выполнении заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.- additionally, according to the results of evaluating the possibility of performing a given maneuver for the vessel to reach a position on the Earth’s surface specified by the coordinate system X _o OY _o , they decide to perform a given maneuver taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel’s movement, technical parameters of the propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of key ship operations.

Если по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат X_oOY_o положение на поверхности Земли окажется, что прогнозируемый маневр с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, не выполним, возможны два варианта принятия решения о дальнейшем управлении движением судна:If, according to the results of evaluating the possibility of performing a given maneuver for a ship to reach a position on the Earth’s given coordinate system X _o OY _o , it turns out that the forecasted maneuver taking into account: the vessel’s dynamic properties, the influence of external factors in the maneuvering area on the vessel’s movement dynamics, and the engine’s technical parameters -the steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of performing a key ship operation, is not feasible, there are two options for deciding on further ship traffic control:

1-й вариант - маневр не выполняется;1st option - maneuver is not performed;

2-й вариант - заданное положение координатной системы X_oOY_o меняют до тех пор, пока планируемый маневр окажется выполнимым по результатам прогнозирования возможности его выполнения с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.2nd option - the set position of the coordinate system X _o OY _{o is} changed until the planned maneuver is feasible according to the results of predicting the feasibility of its implementation taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel, technical parameters propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of key ship operations.

Предлагаемый способ управления движущимся судном для приведения судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории при периодическом изменении заданного положения с использованием ММС для прогнозирования возможности выполнения заданного маневра с учетом динамических свойств судна, влияния внешних факторов на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции осуществляется следующим образом:The proposed method of controlling a moving vessel to bring the vessel to a predetermined position on the plane when holding the vessel in a predetermined position or moving the vessel along a predetermined trajectory while periodically changing a predetermined position using MMS to predict the possibility of performing a given maneuver taking into account the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors on the dynamics of the vessel, technical parameters of the propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency The safety and security of a key ship operation is as follows:

в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна (точка F на фиг. 1-5), а другая - к корме судна (точка А на фиг.1-5) относительно плоскости мидель-шпангоута. Расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС). Чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OY_o.within the contour of the vessel in its diametrical plane, two points are selected, one of which is located to the bow of the vessel (point F in Fig. 1-5), and the other to the stern of the vessel (point A in Figures 1-5) relative to the midship plane frame. The distance between points F and A is selected depending on the technical feasibility of placing at these points receiving antennas of a satellite navigation system (SNA). The greater this distance, the better the operation of the motion control system of the positioning vessel relative to the axis OY _o .

Координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки.The coordinates of points F and A are determined continuously with high accuracy (± 1.0 m), this became possible with the introduction of coastal stations calculating and transmitting differential corrections to the vessel.

,

где α₁, α₂ - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OY_o. where α ₁ , α ₂ are the gains along the transverse deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OY _o .

Сигнал σ_y считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки. На фиг. 1-4 изображены основные варианты возможных отклонений судна 1 от оси OY_o. Например, на фиг. 1, 2 ДП судна 1 пересекает ось OY_o 2 под некоторым углом, величина которого характеризуется значениями поперечных смещений точки F (d_xoF) и точки А (d_xoA), причем d_xoF больше 0, d_xoA меньше 0 (фиг. 1) и d_xoF меньше 0, d_xoA больше 0 (фиг. 2). В первом случае (фиг. 1) согласно закону (1) элементы движительно-рулевого комплекса будут обеспечивать вращение судна против часовой стрелки, что приведет к уменьшению d_xoF и d_xoA и в конечном итоге к совпадению ДП судна и оси OY_o; во втором случае (фиг. 2) сигнал управления будет иметь положительное значение и движительно-рулевой комплекс обеспечит вращение судна по часовой стрелке, что приведет к уменьшению d_xoF, d_xoA и к совпадению ДП судна и оси OY_o.The signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise. In FIG. 1-4 depict the main options for possible deviations of the vessel 1 from the axis OY _o . For example, in FIG. 1, 2 DP vessel 1 crosses the axis OY _o 2 at a certain angle, the value of which is characterized by the values of the transverse displacements of the points F (d _xoF ) and point A (d _xoA ), with d _xoF greater than 0, d _xoA less than 0 (Fig. 1) and d _{xoF is} less than 0, d _{xoA is} greater than 0 (Fig. 2). In the first case (Fig. 1), according to the law (1), the elements of the propulsion and steering complex will provide the vessel to rotate counterclockwise, which will lead to a decrease in d _xoF and d _xoA and, ultimately, in coincidence of the ship's DP and axis OY _o ; in the second case (Fig. 2), the control signal will have a positive value and the propulsion-steering complex will ensure the rotation of the vessel clockwise, which will lead to a decrease in d _xoF , d _xoA and to coincide the ship's DP and axis OY _o .

,

.

,

где γ - коэффициент усиления.where γ is the gain.

С использованием бортового компьютера на базе ММС с учетом установленной заданным положением системы координат X_oOY_o заданного места судна на поверхности Земли, прогнозируют возможность выполнения заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.Using an on-board computer based on MMC, taking into account the specified coordinate system X _o OY _{o of a} given position of the vessel on the Earth’s surface, the possibility of performing a given maneuver is predicted taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel, technical parameters the propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of the key ship operation.

По результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат X_oOY_o положение на поверхности Земли, принимают решение о выполнении заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.Based on the results of evaluating the possibility of performing a given maneuver for the ship to reach a position on the Earth’s surface specified by the coordinate system X _o OY _o , a decision is made to perform a given maneuver taking into account: the vessel’s dynamic properties, the influence of external factors in the maneuvering area on the vessel’s movement, technical parameters propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of key ship operations.

2-й вариант - заданное положение координатной системы X_oOY_o меняется до тех пор, пока планируемый маневр окажется выполнимым по результатам прогнозирования возможности его выполнения с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.2nd option - the set position of the coordinate system X _o OY _o changes until the planned maneuver turns out to be feasible according to the results of predicting the possibility of its implementation taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel, technical parameters propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of key ship operations.

В результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - обеспечение приведения судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории при периодическом изменении заданного положения с использованием математической модели судна (ММС) для прогнозирования возможности выполнения заданного маневра с учетом динамических свойств судна, влияния внешних факторов на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.As a result of the application of this invention, it is possible to obtain a technical result — ensuring that the vessel is brought to a predetermined position on the plane when the vessel is held in a predetermined position or the vessel moves along a predetermined path with periodic changes in a given position using a mathematical model of the vessel (MMC) to predict the feasibility of a given maneuver taking into account the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors on the dynamics of the vessel, technical parameters the propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of the key ship operation.

Claims

Способ управления движущимся судном, характеризующийся тем, что в пределах контура судна в его диаметральной плоскости выбирают две точки, одна из которых расположена к носу судна точка F, а другая к корме судна точка А относительно плоскости мидель-шпангоута, расстояние между точками F и А выбирают в зависимости от технической возможности размещения в этих точках приемных антенн спутниковой навигационной системы (СНС), чем больше это расстояние, тем качественнее работа системы управления движением позиционирующего судна относительно оси OY_о; координаты точек F и А определяют непрерывно с высокой точностью (±1,0 м), это стало возможным с введением в СНС береговых станций, вычисляющих и передающих на судно дифференциальные поправки, значения координат позволяют непрерывно вычислять поперечные отклонения точки F (d_xoF) и точки A (d_xoA) от оси OY_o и продольные отклонения точки F (d_yoF) и точки A (d_yoA) от оси ОХ_o, знаки указанных отклонений зависят от октанта декартовой координатной системы X_oOY_o, в котором находятся точки F и А;A method of controlling a moving vessel, characterized in that two points are selected in the diametrical plane within the vessel’s contour, one of which is located at the bow of the vessel, point F, and the other at the stern of the vessel, point A relative to the mid-frame plane, the distance between points F and A depending on the technical feasibility of placing at these points of the receiving antennas a satellite navigation system (SNA), the greater this distance, the better the operation of the motion control system of the positioning vessel relative to the and oy _o ; the coordinates of the points F and A are determined continuously with high accuracy (± 1.0 m), this became possible with the introduction of coastal stations in the SNA that calculate and transmit differential corrections to the vessel, the coordinate values allow you to continuously calculate the lateral deviations of the point F (d _xoF ) and points A (d _xoA ) from the axis OY _o and longitudinal deviations of the point F (d _yoF ) and points A (d _yoA ) from the axis OX _o , the signs of these deviations depend on the octant of the Cartesian coordinate system X _o OY _o , where the points F and A;

σ_y=α₁×d_xoF+α₂d_xoA,σ _y = α ₁ × d _xoF + α ₂ d _xoA ,

где α₁, α₂ - коэффициенты усиления по поперечным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси OY_o; сигнал σ_y считается положительным при вращении судна по часовой стрелке и отрицательным при вращении судна против часовой стрелки;where α ₁ , α ₂ are the gains along the transverse deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OY _o ; the signal σ _y is considered positive when the vessel rotates clockwise and negative when the vessel rotates counterclockwise;

знак σ_y и соответствующее ему направление вращения судна, обеспечиваемое его движительно-рулевым комплексом, зависят от соотношения значений коэффициентов α₁ и α₂ (α₁ больше α₂, если знаки поперечных смещений точек F и А одинаковы; α₁ и α₂ будут равны по величине, если знаки поперечных смещений точек F и А противоположны, соотношение значений коэффициентов α₁ и α₂ может быть выбрано из различных соображений: если отклонение направления ДП судна от линии OY_o будет находиться в пределах ±90°, то указанное соотношение будет определяться выражением:the sign σ _y and the corresponding direction of rotation of the vessel, provided by its propulsion and steering complex, depend on the ratio of the coefficients α ₁ and α ₂ (α _{1 is} greater than α ₂ if the signs of transverse displacements of points F and A are identical; α ₁ and α ₂ will be are equal in magnitude, if the signs of the transverse displacements of the points F and A are opposite, the ratio of the values of the coefficients α ₁ and α ₂ can be chosen from various considerations: if the deviation of the direction of the ship's drift from the line OY _o is within ± 90 °, then the indicated ratio will be be expressed iem:

где

- расстояние между точками F и А;Where

- the distance between points F and A;

σ_x=β₁×d_yoF+β₂d_yoA,σ _x = β ₁ × d _yoF + β ₂ d _yoA ,

где β₁, β₂ - коэффициенты усиления по продольным отклонениям носовой и кормовой точек судна от оси ОХ_o, сигнал σ_x считается положительным при движении судна передним ходом и отрицательным при движении судна задним ходом, при этом вывод условной точки G в заданную точку О в процессе выполнения ключевой судовой операции будет обеспечиваться исходя из условияwhere β ₁ , β ₂ are the gains along the longitudinal deviations of the bow and stern points of the vessel from the axis OX _o , the signal σ _x is considered positive when the ship is in forward motion and negative when the ship is in reverse, while the conditional point G is output to a given point О in the process of performing a key ship operation will be provided based on the conditions

формируют вручную или автоматически с учетом значений текущих (ϕ_от, λ_от) и заданных (ϕ_оз, λ_оз) координат точки О сигнал на изменение положения начала координатной системы X_oOY_o (σ_o):form manually or automatically, taking into account the values of the current (ϕ _from , λ _from ) and given (ϕ _oz , λ _oz ) coordinates of point O, a signal to change the position of the origin of the coordinate system X _o OY _o (σ _o ):

σ_o=χ₁×(ϕ_оз-ϕ_от)+χ₂×(λ_оз-λ_от),σ _o = χ ₁ × (ϕ _oz -ϕ _from ) + χ ₂ × (λ _oz -λ _from ),

χ₁, χ₂ - коэффициенты усиления,χ ₁ , χ ₂ - gain,

формируют вручную или автоматически сигнал на изменение угла поворота оси OY_o относительно направления на N с учетом значений текущего Ψ_т и заданного Ψ_з угла поворота:form a signal manually or automatically to change the angle of rotation of the OY axis _o relative to the direction by N, taking into account the values of the current Ψ _t and the given Ψ _s rotation angle:

σ_Ψ=γ×(Ψ_з-Ψ_т),σ _Ψ = γ × (Ψ _s -Ψ _t ),

где γ - коэффициент усиления,where γ is the gain,

при этом значения заданных координат (ϕ_оз, λ_оз) начала координатной системы X_оOY_о определяют исходя из заданного положения судна на заданной траектории маневрирования, например, при выполнении швартовной операции;wherein the values of the given coordinates (ϕ _oz , λ _oz ) of the origin of the coordinate system X _o OY _{o are} determined based on the given position of the vessel on a given trajectory of maneuvering, for example, when performing a mooring operation;

значение заданного направления оси OY_о определяют исходя из безопасности и энергетической эффективности управления движением судна, при позиционировании судна в заданной точке указанное направление определяют с учетом текущего значения направления ветра в районе позиционирования;the value of the specified direction of the axis OY _о is determined based on the safety and energy efficiency of controlling the movement of the vessel, when positioning the vessel at a given point, this direction is determined taking into account the current value of the wind direction in the positioning area;

таким образом меняют положение и ориентацию координатной системы X_oOY_о на плоскости с учетом особенностей осуществляемого маневрирования судна при выполнении конкретной ключевой судовой операции,thus changing the position and orientation of the coordinate system X _{o O} _about on the plane, taking into account the specifics of the maneuvering of the vessel when performing a specific key ship operation,

отличающийся тем, что с использованием бортового компьютера на базе математической модели судна с учетом установленной заданным положением системы координат X_oOY_о заданного места судна на поверхности Земли прогнозируют возможность выполнения заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции,characterized in that using an on-board computer based on a mathematical model of the vessel, taking into account the coordinate system X _o OY established _{about the} given position of the vessel on the Earth’s surface, the possibility of performing the given maneuver is predicted taking into account: the vessel’s dynamic properties, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics the movement of the vessel, the technical parameters of the propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of the key ship th operation

по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат X_oOY_о положение на поверхности Земли принимают решение о выполнении заданного маневра с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции;according to the results of evaluating the possibility of performing a given maneuver to exit the vessel to a given coordinate system X _o OY _{about the} position on the surface of the Earth, they decide to perform a given maneuver taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel, the technical parameters of the propulsion - steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of performing a key ship operation;

если по результатам оценки возможности выполнения заданного маневра по выходу судна в заданное системой координат X_оOY_о положение на поверхности Земли окажется, что прогнозируемый маневр с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции не выполним, возможны два варианта принятия решения о дальнейшем управлении движением судна:if, according to the results of evaluating the possibility of performing a given maneuver to exit a ship to _a position on the Earth’s coordinate system X _o OY _{about a} position on the surface of the Earth, it turns out that the forecasted maneuver taking into account: the dynamic properties of the ship, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the ship’s movement, and the technical parameters of the steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of the key ship operation is not feasible, there are two options for deciding on further vessel traffic management:

2-й вариант - заданное положение координатной системы X_оOY_о меняют до тех пор, пока планируемый маневр окажется выполнимым по результатам прогнозирования возможности его выполнения с учетом: динамических свойств судна, влияния внешних факторов в районе маневрирования на динамику движения судна, технических параметров работы движительно-рулевого комплекса судна, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции.2nd option - the set position of the coordinate system X _о OY _{о is} changed until the planned maneuver turns out to be feasible according to the prediction of the possibility of its implementation taking into account: the dynamic properties of the vessel, the influence of external factors in the maneuvering area on the dynamics of the vessel, technical parameters propulsion and steering complex of the vessel, based on the requirements of energy efficiency and safety of key ship operations.