Исследование работы САУКС в режимах маневрирования и стабилизации курса, страница 2

                               ,                                       (10)

где - интервал оценки;

- угол кладки руля;

- весовой коэффициент, учитывающий степень влияния на величину потерь скорости 1 град. рыскания и 1 град. перекладки руля.

Порядок выполнения работы

Часть 1. Режим маневрирования

1.Ввести параметры моделируемого судна (вторая заставка): постоянную времени  с; и коэффициент управляемости судна (в программе коэффициент управляемости обозначен как k_w). Перейти к моделированию процессов (нажать командную кнопку “моделирование процессов”)

 

2.  Исследовать работу САУКС при пропорциональном законе управления ( и  ). На экране изображаются три графика: изменение угловой скорости судна  – нижний график, угол кладки руля  (в формулах обозначение угла кладки руля )  – средний график, и изменение курса  – верхний график. Изменяя  от 0.2 до 2.0, выяснить его влияние на характер процессов, после ввода новых значений  следует нажимать кнопку «Ввод в таблицу» для записи значений в таблицу результатов . Зарисовать с экрана 3 - 4 характерных процесса, сделать соответствующие выводы.

3.  Исследовать работу САУКС при пропорционально – дифференциальном законе управления ( и  ). При неизменном значении , изменяя   от  0 до 50, выяснить его влияние на характер процессов, после ввода новых значений  следует ввести новое значение  в таблицу результатов. Зарисовать с экрана 3-4 характерных процесса, сделать соответствующие выводы.

4.  Одновременно изменяя   и     _г   добиться оптимального переходного процесса по минимуму интегральной оценки качества управления. При этом следует избегать появления колебательных явлений. Интегральная оценка качества управления отображена в таблице. Чтобы вывести таблицу на экран, следует нажать командную кнопку «Таблица». На экране появиться окно, в котором отображены значения всех параметров, из них выбирают параметры соответствующие минимальному значению  (интегральный критерий). Но запись установленных и вычисленных параметров управления на данный момент времени в таблицу  производится только по нажатию командной кнопки на панели управления «Ввод в таблицу», в таблице появиться тогда новая строка параметров. Зарисовать с экрана графики, соответствующие оптимальному критерию. Сделать выводы.

5.  Можно   еще раз изменить параметры судна: постоянную времени и коэффициент управляемости, нажав кнопку «параметры судна» и повторить весь процесс с самого начала, для модели судна с другими инерционными характеристиками. Сравнить результаты.

Часть 2. Режим стабилизации

1.  Ввести параметры моделируемого судна (вторая заставка): постоянную времени  с; и коэффициент управляемости судна  (в программе коэффициент управляемости обозначен как _). Перейти к моделированию процессов (нажать командную кнопку “моделирование процессов”)

 

2.  Исследовать работу САУКС при пропорциональном законе управления ( и  ). На экране изображаются три графика: изменение курса судна (рыскание)   – нижний график, угол кладки руля D(t) – средний график, и  воздействия  внешней среды (волны) – верхний график – . Изменяя значения  от 0.3 до 2.0, выяснить его влияние на характер процессов. Зарисовать с экрана 3 - 4 характерных процесса, сделать соответствующие выводы.

3.  Исследовать работу САУКС при пропорционально – дифференциальном законе управления ( и  ). При неизменном значении , изменяя   от  0 до 50, выяснить его влияние на характер процессов. Зарисовать с экрана 3-4 характерных процесса, сделать соответствующие выводы.

4.  Одновременно изменяя   и     добиться оптимальной настройки САУКС по минимуму рыскания судна, после ввода новых значений   и        следует нажимать кнопку «Ввод в таблицу» для записи значений в таблицу результатов.

5.  Одновременно изменяя   и    добиться оптимальной настройки САУКС по минимуму интегральной оценки.

6.  Исследовать работу САУКС  при пропорционально-дифференциально-интегральном законе управления.

При оптимальных значениях   и     ввести  от 0.01 до 0.05, выяснить его влияние на характер процесса, сделать выводы. Зарисовать график процесса соответствующего оптимальному критерию. Для определения оптимальных параметров управления следует пользоваться таблицей результатов.

7.  Результаты исследования представляются графиками, цифровыми данными и выводами по каждому пункту.

Особенности моделирования процессов управления судном в режиме стабилизации

Моделирование  внешних факторов осуществляется по закону:

,

где  – постоянная составляющая внешних возмущений;

– угловая скорость периодической составляющей внешних возмущений.

Суммарная площадь верхних волн графика (над осью М) больше суммы площадей нижних частей волн, что отражает несимметричность внешних возмущений.

Возмущения, действующие на судно, не равномерны,  вызывает изменение . САУКС есть система с обратной связью, потому происходит запаздывание изменения угла кладки руля.  Изменения курса измеряются измерительным устройством (гирокомпасом) и в соответствие с законом управления вычисляется необходимый угол кладки руля, чтобы компенсировать действие возмущений. Рулевая машина перекладывает руль на заданный угол, создавая вращающий момент, противодействующий возмущению.

Для идеального случая момент, создаваемый переложенным рулем, должен быть равен по величине и противоположен по знаку моменту создаваемому возмущениями. Однако из-за того, что действие возмущений измеряется только по отклонению судна от заданного курса (косвенно), фактически угол перекладки руля, компенсирующий возмущения, будет запаздывать по времени относительно этих возмущений. Таким образом, на графике наблюдается фазовый сдвиг, обусловленный обратной связью. Целью управления является минимизация  относительно , при минимальных углах кладки руля.

Пропорциональный закон: величина  ~  (“нет управления - нет отклонения”), следовательно, графически изменение угла кладки повторяет изменение рыскания, но с запаздыванием.

Пропорционально-дифференциальный закон: подключается угловая скорость судна и руль перекладывается заранее, учитывая изменение . График угла кладки руля  становится  похож на график внешних факторов , но сохраняется запаздывание, так как имеем систему с обратной связью.

Пропорционально-интегрально- дифференциальный закон: за счет факторов внешней среды воздействие несимметрично, и происходит изменение   больше в одну сторону, и в среднем судно будет двигаться по курсу, отличающемуся от заданного на угол .

Компенсация постоянной составляющей возмущений обеспечивается интегральной составляющей закона управления.

При симметричных рысканиях интегральная составляющая равна нулю. Если рыскания не симметрично, то интегральная  составляющая пропорциональна среднему отклонению судна от заданного курса.

Для оптимальных параметров управления графики имеют характеристики:  угол перекладки руля  будет запаздывать относительно внешних возмущений, но опережать рыскание и повторять с запаздыванием график . Опережение рыскания достигается за счет дифференциальной составляющей закона управления; график рыскания   симметричен, величина  минимальна.