CC BY
39
Данная работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», соглашение № 14.576.21.0083
Список литературы
1. Справочник фельдшера // feldsherstvo.ru: интернет-изд. 2010. URL: http://feldsherstvo.ru/19.html (дата обращения: 10.11.2014).
2. ECG Annotation C++ Library // codeproject.com URL: http://www.codeproject.com/Articles/20995/ECG-Annotation-C-Library (дата обращения: 10.11.2014).
3. PhysioBank Archive Index // physionet.org URL: http://physionet.org/physiobank/database/ (дата обращения: 10.11.2014).
4. Peak Analysis // mathworks.com URL: http://www.mathworks.com/help/signal/examples/pea
k-analysis.html?refresh=true (дата обращения: 11.11.2014).
5. ECG Q R S wave online detector // mathworks.com URL:
http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchang e/45404-ecg-q-r-s-wave-online-detector (дата обращения: 11.11.2014).
6. The BioSig Project // biosig.sourceforge.net URL: http://biosig.sourceforge.net/index.html (дата обращения: 11.11.2014).
7. Швалев В. Н., Тарский Н. А., Шуклин А. В., Дрофа Е. М. Открытие феномена ранней десимпатизации сердца человека в области морфофизиологии нервного аппарата органа. Вестник Международного университета природы, общества и человека «Дубна» №2 (21), 2009, С. 9-15.
МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ
Соляков Олег Владимирович
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Навигации», докторант ФГБОУ ВО «ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова», г.Санкт-Петербург
Сегодня, системы автоматизированного управления (САУ) движением судна широко распространены на морском флоте, используя в качестве основного источника навигационной информации гирокомпас [1]. В то же время, в соответствии с Правилами Российского Речного Регистра комплектация судов внутреннего плавания гирокомпасами не требуется. Минтранс РФ Приказом № 280 от 16.12.2010г. определил, что в состав средств навигационного оборудования судов внутреннего водного транспорта: пассажирских, перевозящих опасные грузы, независимо от вместимости, самоходных транспортных судов классов «М» и «О» валовой вместимостью 300 и более должна быть включена следующая аппаратура:
- приемоиндикаторы глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС или / ГЛОНАСС GPS с возможностью приёма дифференциальных поправок;
- судовой транспондер автоматической информационной системы (АИС) до даты первого освидетельствования органом классификации после 1 июля 2012 г., но не позднее 31 декабря 2013 года. Настоящая работа посвящена исследованию возможности построения системы автоматизированного управления движением судна, ориентированной на использование в качестве главных источников навигационной информации указателя скорости поворота (УСП) судна и навигационной аппаратуры потребителя (НАП) совместной системы (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS.
В работе [2] получена математическая модель, которая представляет собой систему дифференциальных уравнений, описывающих произвольное движение судна. Её основу составляют выражения для сил, действующих на надводную и подводную части корпуса судна, а также, на его движительно-рулевой комплекс:
~{m + Л.и) <dV¡L + mvv — + Xr + XA+ XR = 0 dt
. dv„
~{m + Я22 - mvx — - X26d— + Yr +Ya+Yr= 0 dt dt
dv
-(!,+ К6 V — - К6-Г + м г +ЫА+ЫК= 0 ах ах
где т - масса судна; Ак - присоединенные массы жидкости; - момент инерции судна относительно вертикальной оси О?; Ух,Уу - составляющие скорости судна; С -
угловая скорость вращения судна; Хг, Уг ,Мг - составляющие гидродинамической силы и гидродинамический момент, действующие на корпус судна (гидродинамические силы функции параллельны движению судна, почему их приводим к постоянным силам и моментам); Х А,УА,М А - составляющие аэродинамической силы и аэродинамический момент, действующие на надводную часть судна; XК,УК,Мк - составляющие силы и момент, действующие на движительно-рулевой комплекс судна; ХТ, Ут, Мт - составляющие силы и момент, действующие на корпус судна, обусловленные влиянием течения.
Силы и моменты, входящие в систему уравнений
(1) (Хг,УГ,МГ, Хл,УА,МА, ХК,УК,МК,
Хт, Ут ,МТ ), были определены применительно к сухогрузному судну смешанного «река-море» плавания пр. 16290 «Балтийский - 201», имеющему следующие характеристики: длина - 89,5 м; ширина - 13,2 м; осадка - 4,5 м; движительно-рулевой комплекс - гребной винт в насадке.
Диаграмма управляемости судна, полученная с использованием математической модели, для этого случая представлена на рис. 1.
0.60 -г
0.40 —
0.20 —
0.00
0 5 10 15 20 25 30 35 8 Рисунок 1. Диаграмма управляемости судна пр. 16290
Математическая модель САУ была модифицирована на основе схемы, предложенной в [1]:
Рисунок 2. Функциональная схема САУ траекторией судна
Здесь: БП - блок пропорционального преобразования сигнала, БИ - блок интегрального преобразования сигнала, РП - рулевой привод, УУ - управление устройством РП, ОС - блок обратной связи, ДУ - датчик угла поворота баллера руля; УСП - указатель скорости поворота, ГК - гирокомпас, НАП (Д)ГНСС - блок навигационной аппаратуры потребителей Глобальной Навигационной Спутниковой Системы, БЗТ - блок задания траектории (программа записи маршрута на флэш-памяти), Ф =Д5к) -блок нелинейной коррекции, который определяется диаграммой управляемости судна и определяет скорость поворота судна в режиме циркуляции, Я - заданный радиус поворота, 8 - угол перекладки руля.
Отличие разработанной модели САУ от предложенной в [1] заключается в том, что в качестве основного источника навигационной информации предполагается использование указателя скорости поворота судна, с периодической корректировкой закона управления на основе данных, полученных от НАП (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS.
Таким образом, закон управления на прямом участке в этой системе определяется выражением:
8 = к1 ■ у+к2 | уЛ + к3 -(в - в0 )+к4 ■ т + к5 -|(в - в0 ^в
(2)
где, 8 - угол перекладки руля; к1 - коэффициент обратной связи (КОС) по текущему поперечному смещению; Ау -текущее поперечное смещение от оси маршрута по НАП (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS; к2 - коэффициент обратной связи по интегральному поперечному смещению; t -время; к3 - коэффициент обратной связи по углу отклонения от курса; к4 - коэффициент обратной связи по угловой скорости; к5 - коэффициент обратной связи по интегральному отклонению от курса, к6 - коэффициент обратной связи по угловой скорости на повороте, в - текущий курс судна, во - заданный курс судна, т - угловая скорость, юя - установившаяся угловая скорость на повороте.
ю
При отсутствии на судне гирокомпаса, коэффициенты к3 и к5 полагаются равными нулю.
При отработки отклонения от заданного маршрута расчет величины поперечного смещения «Ау» и интегрального поперечного смещения производится при поступлении данных с НАП (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS. В промежутке времени между обновлением данных (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS в расчете используется последнее вычисленное значение «Ау».
Одновременно с обновлением данных (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS производится вычисление дистанции до следующей маршрутной точки поворота (й).
При переключении САУ в режим движения на повороте, дистанция радиуса поворота йя определяется как
йя=|(я • 1е(в1 - во)/2) | +йо
(3)
где, Я - заданный радиус поворота, м; в1 - новый курс судна, градус; й 0 - расстояние, проходимое судном, до начала входа в поворот, м.
В тот момент, когда й становится меньше, чем йя , САУ переключается в режим движения на повороте с управлением по угловой скорости, а интегральное поперечное смещение и интегральное отклонение от курса обнуляются.
Требуемая установившаяся угловая скорость прохождения поворота оценивается как
тк=У / Я (4)
где, V - скорость судна, м/с.
Угол перекладки руля на повороте 8Я , соответствующий установившейся угловой скорости на повороте тя , определяется по диаграмме управляемости судна.
Таким образом, математическая модель управления судном на повороте имеет вид:
8 = к4 -(т - тя )+к6 ■ 8Я (5)
В этом режиме, текущий курс судна в определяется путём интегрирования угловой скорости поворота:
0 = | аЖ (6)
а время, необходимое для завершения поворота tя:
и
в1 - в
т
(7)
Время, необходимое для перекладки руля t8 для одерживания оценивается как
8 + 8, + 5
(8)
t8 =
8'
где, 8к - «критический» угол перекладки руля, определяемый по диаграмме управляемости судна, градус; 8' -скорость перекладки руля.
В последнюю формулу также введена эмпирическая поправка (5 градусов), учитывающая необходимость перекладки руля при одерживании на угол, превосходящий по абсолютному значению 8к .
Как только время tя становится меньше времени ^ , происходит переключение САУ в режим управления
на прямом курсе.
Оценка зон устойчивости работы САУ производилась по переходному процессу, как реакция системы на ступенчатое изменение курса на 1 градус по всем заложенным в модель параметрам. В качестве примера на Рис.3 приведен вид переходного процесса для коэффициента к4 (коэффициент обратной связи по угловой скорости).
Рисунок 3. Графики устойчивости САУ при разных заданных коэффициентах
Из рисунка 3 видно, что при соответствующих настройках коэффициентов САУ система может иметь устойчивый вид.
На рисунке 4 представлены результаты моделирования движения судна река-море плавания пр. 16290 (Балтийский — 201) на прямолинейном участке длиной 15000 метров и в конце участка на повороте.
При расчете ширины ходовой полосы, занимаемой судном при проводке с учетом дрейфа (ветрового и на циркуляции) принимался наиболее неблагоприятный ва-
риант, когда судно следует в балласте, а курсовой угол кажущегося ветра таков, что вызывает максимальный ветровой дрейф - Рв, который, в свою очередь, совпадает по направлению с дрейфом судна на циркуляции - Рц.
Существующие системы АСУДС как на море, так и на ВВП позволяют контролировать скорость и курс судна, что в более сложных условиях плавания на ВВП может оказаться недостаточным для обеспечения безопасного движения судна. Предлагаемая модель системы позволяет контролировать движение судна на ВВП с учетом большего факторов (мелководье, течение, погодные условия).
|Те1аМа»-1.4 TelaMin-6<Гз инт смещение, м |Delta-28 Tela-45.1 У»-5 39 У>- 88 Omega- 3026 Bela-9.2 Ti„Dlt-14 3|
Рисунок 4. Движение судна в автономном режиме на прямолинейном и криволинейном участках траектории
При использовании оператором СУДС, предлагаемая математическая модель позволит заблаговременно автоматически производить расчет полосы занимаемой судном при движении на конкретном участке (рис. 4) и рекомендовать наиболее безопасный для данного судна при наличии экстремальных внешних возмущений.
Настоящая математическая модель САУ обеспечивает стабильное удержание судна на заданной траектории на основе навигационной информации, получаемой от указателя угловой скорости поворота и НАП (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPS и позволяет выполнить оценку безопасности движения судов при различных экстремальных внешних воздействиях с учетом ограничений участков ВВП.
Список литературы:
1. Каретников В. В., Ракитин В. Д., Сикарев А.А. Автоматизация судовождения, СПб, 2007-264 с.
2. Гофман А. Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Л. Судостроение, 1987. - 360 с.
3. Гусаковский А.В., Ракитин В.Д., Соляков О.В., Яцук Ю.В. Математическое моделирование работы системы автоматического управления движением судна. Журнал Морская радио-электроника «Корабли и вооружение как единая система». Выпуск 4(26) декабрь. - СПб.: Печатный дом «Белл», 2008г., с. 14-16
К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЕННЫХ
АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛОНН
Скорость движения автомобильной колонны на различных участках дорог может ограничиваться по дорожным условиям или устанавливаться режимом движения. Во избежание чрезмерного растягивания или сжатия колонны (вплоть до остановки) скорость движения колонны должна изменяться постепенно. Резкое изменение скорости движения приводит к тому, что скорость замыкающих автомобилей может превысить скорость ведущего автомобиля или быть меньше этой скорости на 30 км/ч и более.
В то же время движение военных колонн во всех случаях должно совершаться с максимально возможной скоростью, но не в ущерб безопасности движения.
Перемещение автомобильной техники (АТ) с высокой скоростью в колонне является одним из наиболее распространенных режимов движения. Часто АТ перемещается в составе колонн в условиях ограниченной видимости
Свиридов Евгений Викторович
Доцент, канд. техн. наук, ПВИ ВВ МВД России, Пермь Ляхова Виктория Владимировна
Курсант, ПВИ ВВ МВД России, Пермь
(дождь, туман, снегопад, пыльная дорога, движение в ночное время со светомаскировкой). Этот режим движения является наиболее опасным. При этом часто происходят наезды на идущие впереди машины, и приходится снижать скорость движения колонн.
Обзор состояния проблемы обеспечения безопасности движения АТ показывает, что наименее надежным звеном в системе «водитель - автомобиль - дорога -среда» является водитель, так как из-за его ошибок происходит до 75% дорожно-транспортных происшествий (ДТП).
При этом анализ ДТП по способу движения машин при их совершении показывает, что порядка 40% от всего количества ДТП в силовых структурах допущено при движении машин в колонне. Основной причиной гибели людей в ДТП являются столкновения транспортных средств и наезды на препятствия (53% от общего числа ДТП), про-
