Розбір роботи авторульового «Копеник» згідно електричній принциповій схеми.

Автоматическое управление движением судна по заданному курсу осуществляется автоматическим управляющим устройством, называе­мым авторулевым.

К авторулевым предъявляют следующие требования: точность удер­жания судна на курсе; малые отклонения и частота перекладок руля; возможность использования на различных судах; возможность ручного управления; удобство обслуживания и ремонта.

Все современные авторулевые работают на принципе пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) закона управления. Угол перекладки руля

где А1; А2; А3— коэффициенты пропорциональности; а — угол отклонения суд­на от заданного курса.

Слагаемое А₁α обеспечивает устойчивость судна на курсе, А₂ dα/dt уменьшает рыскание судна по заданному курсу и повышает чувстви­тельность авторулевого, А₃ ∫ dt дает возможность автоматически кор­ректировать курс судна от различных воздействий (асимметрия в ра­боте винтов, корпуса судна, бокового ветра и др.)

В зависимости от параметров судна, на котором устанавливается авторулевой, а также от условий плавания некоторые коэффициенты можно изменять. К ним относятся коэффициент А2 при сигнале по производной (иногда обозначают Кт коэффициент тахогенератора); коэффициент обратной связи (КОС), регулирующий соотношение α /β (КОС α /β); коэффициент усиления усилителя Ку, который может иметь два значения для режимов «точно» и «грубо».

На большинстве судов установлены отечественные авторулевые типа АБР, АР, АТР. На современных судах устанавливаются более унифи­цированные авторулевые типов «Аист», «Печора». Последний имеет режим «циркуляции», т. е. обеспечивает изменение курса с заданной угловой скоростью.

Принцип работы и функциональные схемы современных авторулевых практически одинаковы и различаются лишь элементной базой некоторыми особенностями. Например, интегрирующее и дифференци­рующее устройства в авторулевых типа АТР — электромеханические, в авторулевых «Аист» и «Печора» — электронные.

Авторулевые имеют ряд модификаций, маркировка которых имеет три значения первая цифра указывает на тип насосного агрегата (1 — насос переменной подачи, 2 — постоянной); вторая цифра соответствует числу пультов автоматического управления; третья цифра указывает на число пультов следящего управления. Например, «Аист 1 —11» работает с насосом переменной подачи, имеет один пульт автоматического управления и один следящего.

Если пульт управления представляет собой секцию общесудового пульта, то в конце маркировки ставится буква «П». Если авторулевой может работать С двумя рулевыми машинами, то ставится буква «Д».

В схеме авторулевого (рис. 42.1) гирокомпас ГК жестко связан с корпусом судна и через него осуществляется отрицательная обратная связь по отклонению судна от заданного курса. Измеренный гирокомпасом истинный курс αи с помощью сельсина-датчика СД передается через сельсин-приемник СП и необратимую передачу НП на механический дифференциал МД. От штурвала Ш сюда же подается заданное значение курса α₃. На МД происходит сравнение этих величин. На выход­ном валу МД получается разность α = α₃ — αи, которая поступает на сельсин-датчик курса СДК, работающий в трансформаторном ре­жиме. Он преобразует угол отклонения судна от заданного курса в эле­ктрический сигнал, который подается на вход усилителя У. Усилен­ный электрический сигнал поступает на двигатель исполнительного механизма ИМ, который через редуктор Р перемещает управляющий орган насоса Н переменной или постоянной подачи рулевой машины РМ. Насос приводит в движение поршни силовых цилиндров СЦ, кото­рые будут перекладывать руль судна с определенной скоростью.

В схеме предусмотрен блок коррекции БК для повышения точности удержания судна на курсе и автоматической корректировки курса при несимметричном рыскании. Он состоит из дифференцирующего ДУ и интегрирующего ИУ устройств. Кроме того, имеются две местные отри­цательные ОС: по положению управляющего органа насоса рулевой машины и по положению руля. Обе ОС осуществляются с помощью сельсинов-датчиков соответственно СДН и СДР, работающих в трансформаторном режиме.

В итоге на входе усилителя У происходит алгебраическое суммирование сигналов сельсинов-датчиков курса СДК, положения управляю­щего органа насоса СДН и положения руля СДР, а также сигналов от дифференцирующего ДУ и интегрирующего ИУ устройств.

Работа ДУ и ИУ заключается в следующем. Введение производной от угла в закон управления позволяет как бы предвидеть возможное отклонение судна от курса, чем улучшается качество стабилизации удержания судна на заданном курсе. При отклонении судна от курса, например при ударе волны, сразу же выдается соответствующий управляющий сигнал. Введение интегрирования по углу в закон управления позволяет автоматически корректировать курс при асимметричном рыскании суд­на. Например, при боковом ветре начинается снос судна с курса и рыс­кание его будет несимметричным. В интегрирующем устройстве на­капливается ошибка, пропорциональная углу сноса, и на выходе появ­ляется сигнал, который вызывает соответствующее установке положе­ние руля, и судно возвращается на заданный курс.

Авторулевые могут работать в режимах: автоматическом, следящем, простого (дистанционного) управления и ручного (местного) управле­ния.

В автоматическом режиме сигналы, поступающие на усилитель, образуют управляющий сигнал, под действием которого на выходе уси­лителя появляется соответствующее напряжение, которое подается на вход исполнительного механизма ИМ. Исполнительный механизм по­ворачивает управляющий орган насоса рулевой машины РМ. При пово­роте управляющего органа на усилитель поступает сигнал отрицатель­ной ОС, который вычитается из управляющего сигнала. При равенстве сигналов на входе усилителя напряжение на его выходе будет равно нулю, и исполнительный механизм остановится. При этом управляющий орган насоса будет повернут на определенный угол. Насос рулевой машины приведет в движение поршни силовых цилиндров, которые будут поворачивать руль судна с определенной скоростью. Вместе с пово­ротом руля на вход усилителя поступает сигнал отрицательно ОС от сельсина-датчика руля СДР. Этот сигнал, как и сигнал от СДН, будет вычитаться из управляющего сигнала на входе усилителя. Так как в рассматриваемый момент разность сигналов на входе усилителя была равна нулю, то под действием сигнала от СДР на выходе усилителя по­явится обратное напряжение. Исполнительный двигатель начнет вра­щаться в обратную сторону до тех пор, пока управляющий орган насоса не вернется в нулевое положение, т. е. сигнал от СДН будет отсутствовать. Руль займет определенное положение, сигнал от СДН будет равен нулю, а сигнал от СДР — равен по значению управляющему сигналу, но противоположен по направлению. Положение руля будет опреде­ляться значением поступившего на вход усилителя сигнала и коэф­фициента усиления КОС. Чем он меньше, тем на больший угол надо повернуть руль, чтобы выработать напряжение ОС по положению руля.

При работе авторулевого в следящем режиме штурвалом Ш на пульте управления задаются направление и значение угла перекладки руля. От авторулевого отключены гирокомпас, дифференцирующее и интегрирующее устройства, т. е. система разомкнута по управляемо­му объекту.

В режиме простого управления оператор (рулевой) кнопками «Лево руля» или «Право руля» подает напряжение непосредственно на испол­нительный двигатель. Время перекладки руля зависит от продолжи­тельности нажатия кнопки. Этот режим является аварийным, и им пользуются в случае сбоя в работе авторулевого в следящем режиме.