Авторулевой «Корракс»

Основы  теории.

 
   Управляя судном, судоводитель  визуально или инструментально  определяет местоположение своего  судно относительно заданной  траектории движения. Заметив отклонение  судна от заданной траектории  движения, судоводитель перекладывает  руль своего судна своего судна  таким образом, чтобы вернуть  судно на эту заданную линию  пути. Величина перекладки руля  зависит от угла отклонения  судна заданного курса, угловой  скорости отклонения судна от  заданного курса и от величины  бокового смещения судна от  заданной траектории движения.  
Для того чтобы автоматизировать управление судном по заданной траектории. необходимо автоматически определять местоположение судна относительно линии заданного пути.  
Все существующие системы автоматического управления судном по курсу, независимо от конструкции отдельных звеньев, работают по принципу отклонения, т. е. в авторулевом непрерывно складываются фактические и заданные значения курса судна и вырабатывается сигнал управления, воздействующий через рулевую машину и руль на судно как объект управления.  
   Функциональная схема системы автоматического управления судном по курсу состоит из датчика, измеряющего угол отклонения судна от заданного курса, дифференцирующего устройства, интегрирующего устройства, усилитель по преобразовательного устройства, рулевой машины и судна как объект автоматического управления.  
   В схему системы входят также две внутренние обратные связи и внешняя обратная связь.  
Внутренняя обратная связь служит для обеспечения степени и пропорциональности угла перекладки руля углу отклонения судна от курса и характеризуется так называемым коэффициентом обратной связи (КОС), отношением угла отклонения судна от курса к углу перекладки руля.  
   В современных авторулевых КОС изменяется от 0,2 до 2,0, что соответствует углу перекладки руля от 5 до 0,5 градусов на каждый градус отклонения судна от заданного курса.  
   Вторая обратная внутренняя связь служат для предотвращения автоколебаний подвижных частей рулевой машины и может быть выполнена в виде демпфирующего контура или внутренних отрицательных обратных усилительно- преобразовательного устройства.  
   Внешняя обратная связь осуществляется через гирокомпас, который преобразует величину угла отклонения судна от курса в угол поворота сельсина- датчика курса, связанного с сельсином- приемником курса авторулевого. В некоторых конструкциях авторулевых для этой цепи использовался магнитный компас или индукционный датчик, регулирующие на изменение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.  
   На входе усилительно- преобразовательного звена стоит сумматор для алгебраического сложения пяти напряжений: U1 - пропорционального углу отклонения судна от курса; U2- пропорционального угловой скорости поворота судна; U3- пропорционального интегралу от угла отклонения судна от курса; U4- пропорционального углу отклонения рулевого органа от диаметральной плоскости судна; U5-пропорционального скорости перекладки рулевого органа.  
   Работает авторулевой следующим образом. Курс судна задается судоводителем. Отклонение судна от заданного курса под действием ветра, течения или других возмущающих сил будет замечен гирокомпасом и через сильсинную синхронную связь передано на сельсин- приемник авторулевого. Сельсин- приемник через механическую связь передаст величину этого отклонения на датчик, который вырабатывает напряжение U1 пропорциональное углу отклонения судна от курса.  
   Одновременно дифференцирующее устройство определяет скорость отклонения судна от курса и вырабатывает напряжения U2, синфазное с напряжением U1.  
   Сумма этих напряжений (U1+ U2) поступит на вход усилительно преобразовательного  
звена, и рулевая машина отклонит руль от диаметральной плоскости судна на величину, пропорциональную сумме этих напряжений. Пропорциональность обеспечивается уравновешиванием напряжений U1+U2 напряжениями U4 и U5. Судно прекратит дальнейшее отклонение от заданного курса (сигнал U2 в этот момент станет равным нулю) и начнет медленно возвращаться на заданный курс (сигнал U2 изменит фазу на обратную). Руль начнет приближаться к ДП судна и тем быстрее, чем быстрее судно будет возвращаться на заданный курс. Поскольку по мере приближения судна к заданному курсу сигнал U1 становится все меньше и меньше, то в некоторый момент руль перейдет в ДП и отклонится в сторону первоначального отклонения для прекращения вращательного движения судна. При правильно выставленных регуляторах авторулевого в момент, когда судно вернется на заданный курс, руль также придет в ДП. напряжения U1, U2, U3, U4 и U5 станут равными нулю и судно будет двигаться по заданному курсу до следующего отклонения, вызванного внешними возмущениями.  
   В случае если при отклонениях судна от заданного курса будет наблюдаться несимметричность рыскания, интегрирующее устройство выработает напряжение U3, пропорциональное этой несимметричности. Это напряжение сдвинет нуль руля с ДП и изменит средний курс судна таким образом, что бывшее ранее несимметричное рыскание относительно заданного курса станет симметричным.  
   При изменении курса судна или гидрометеорологических условий плавания интегрирующее устройство автоматически отреагирует на эти изменения и снова найдет для руля тот нуль, который превратит любое несимметричное рыскание в симметричное.  
   Для обеспечения оптимального автоматического управления судном по курсу, т. е. минимальных углов рыскания при заданном количестве перекладок руля в единицу времени, у судоводителя имеется два органа оперативного управления: ручка изменения КОС, позволяющая при, том же угле отклонения судна от курса на порядок изменять угол перекладки руля, и ручка сигнала производной. Чем больше сигнал производной - тем меньше будет углы рыскания, но злоупотреблять этим сигналом нельзя, так как при большом сигнале производной может резко возрасти количество перекладок руля, что недопустимо с точки зрения износа рулевой машины.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Авторулевой «Корракс». 

Общие замечания.

   Авторулевой  «Корракс» (разработка НПО «Аврора»,С-Петербург) относится к классу адаптивных авторулевых, устанавливается на судах с электрогидравлическими рулевыми машинами. Схема авторулевого по цифровым интерфейсам или аналоговым канала связи может сопрягаться с навигационными приборами, вырабатывающими информацию, необходимую для управления судном(гирокомпас, лаг, навигационный комплекс, успокоитель качки и др.),а также с судовыми вычислительными сетями типа Ethernet ,Arc,Net.

Функциональные  возможности авторулевого.

   Авторулевой  обеспечивает четыре режима работы  управления – «Автомат», «следящий», «Простой - дистанционный» и «Ручной».

   В автоматическом  режиме управления имеются пять  вариантов.

   В вариантах  управления «Точный», «Адаптивный»  и «Экономичный» могут быть  выбраны следующие режимы движения  судна: «Заданный курс»- автоматическое  удержание курса на заданном  курсе; »заданная траектория»» - осуществляется удержанием судна  на заданном курсе с учетом  дрейфа, если имеется информация  о параметрах движения судна  в географической системе координат;  «Маневрирование» - выполняется автоматический  выход судна на новый курс  по заданной программе; «Расхождение»  - обеспечивается автоматическое  расхождение со встречными судами.

   В режиме  «Следящий» курсоуказатель отклоняется от схемы авторулевого и судном управляет оператор (рулевой матрос) посредством штурвала. При этом обеспечивается индикация прогнозирования значения курса, на который выйдет судно если в данный момент времени начать  перекладку руля для сдерживания судна.

В режиме «простой - дистанционный» перекладка руля осуществляется при нажатии кнопок, обеспечивающих включение электрогидравлического прибора рулевой машины.

   Режим  управления «Ручной» является  аварийным. Управление рулем в  этом случае производят вручную  с использованием рукоятки ,находящейся непосредственно на электрогидравлическом приборе.

   Режимы  и варианты управления задают  на пульте управления.

   Включение  в работу рулевой машины можно  производить как с ПУ (дистанционное), так и с МПУ (местное).

   Схему  авторулевого обеспечивает следующие  режимы функционирования.

  Основные технические  характеристики.

   Авторулевой характеризуется следующими техническими данными:

Авторулевой “Аист”

 
Комплект приборов и основные  
технические данные.

 
   Авторулевой “Аист” предназначен  для установки на судах, имеющих  электрогидравлические рулевые  машины. Авторулевой подключается  к репитерной передаче гирокомпаса или дистанционного магнитного компаса.  
   В комплект авторулевого “Аист” входят следующие приборы: пульт управления (ПУ), пульт следящего управления (ПСУ), переключатель пультов (10-ПП), исполнительный механизм (ИМ-1 или М-2), рулевой датчик (РД). В комплект также входит набор запасных частей и приспособлений (ЗИП) и инструменты.  
   Пульт (ПУ) является основным прибором авторулевого. В нем разрешены электромеханические элементы, силовые трансформаторы, усилители и другие устройства, предназначенные для выработки сигналов управления. На лицевых панелях ПУ расположены основные органы управления. Прибор ПУ устанавливается в ходовой рубке. Он обеспечивает работу авторулевого в одном из трех видов управления: автоматическом, следящем, простом.  
   Пульт следящего управления (ПСУ) предназначен для управления судном только в двух режимах: следящем и простом. Прибор ПСУ устанавливается в ходовой рубке (при отсутствии в комплекте ПУ) или на верхнем мостике. По своей конструкции ПСУ аналогичен прибору ПУ, но в нем отсутствуют те элементы, которые предназначены для автоматического управления.  
   Переключатель пультов (10- ПП) обеспечивает переключение электрических цепей, если в комплектации авторулевого имеются два или более пульта управления (ПУ или ПСУ). Количество положений переключателей зависит от числа пультов.  
   Исполнительный механизм (ИМ) служит для управления электрогидравлической рулевой машиной (РМ). В зависимости от типа насоса рулевой машины применяется исполнительный механизм ИМ-1 или ИМ-2. Прибор ИМ устанавливается в румпельном отделении, на корпусе насоса.  
   Рулевой датчик (РД) содержит электромеханические элементы для выработки сигнала обратной связи в схеме авторулевого. Прибор РД устанавливается в румпельном отделении и имеет непосредственную механическую связь с баллером руля.  
   Помимо рассмотренных приборов, в комплект авторулевого “Аист” могут дополнительно входить: соединительный ящик (СЯ- 42), предназначенный для разветвления электрических частей, и станция электроэлементов (СЭ), которая содержит: ряд устройств, обеспечивающих работу схемы.  
   Авторулевой “Аист” характеризуется следующими техническими данными:  
1. При наличии в комплекте прибора ИП возможны четыре вида управления: автоматический, следящий, простой и ручной. Автоматический вариант управления обеспечивается сигналом от гирокомпаса или дистанционного магнитного компаса. В этом случае судно удерживается на заданном курсе без участия человека. В следящем режиме курсоуказатель отключается от схемы авторулевого и судно управляется с помощью штурвала. При переходе на простой (резервный) вид управления схема авторулевого не используется. Управление рулем производится с помощью двух клавишей, обеспечивающих включение исполнительного механизма рулевой машины.

2. Ручной вид  управления является аварийным.  Он применяется в случае отказа  всей схемы авторулевого. Управление  рулем производится в ручную посредством рукоятки, находящейся непосредственно на ИМ.  
3. Средняя величина рысканья в автоматическом режиме (при оптимальном положении регуляторов) составляет примерно 1 градус при волнении моря до 3 баллов и не превышает 3 градусов при волнении в 5 баллов. Когда волна выше 5 баллов, авторулевой обеспечивает надежное удержание судна на курсе, но величина рыскания при будет более 3 градусов.  
4. При любом управлении максимальный угол перекладки руля не превышает 35 градусов. Это обеспечивается электрическими ограничителями.  
5. Надежная работа электрической схемы авторулевого предусматривает, чтобы сопротивление изоляции было не менее 1 Мом.  

Принцип действия авторулевого.

 
   Авторулевой не является  самостоятельным прибором: его обязательно  подключают к гирокомпасу или  дистанционному магнитному компасу.  
   В ПУ имеется переключатель 1, с помощью которого можно установить один из трех видов управления: автоматический, следящий или простой.  
   В автоматическом режиме вырабатываются пять сигналов, обеспечивающих удержание судна на заданном курсе. В этом режиме схема авторулевого имеет связь с гирокомпасом или дистанционным магнитным компасом. Находясь под влиянием внешних возмущений (ветер, волна, течение и т. п.), судно отклоняется от заданного курса. Задача авторулевого заключается в том, чтобы выработать сигнал, передать его на рулевое устройство судна и обеспечить удержание судна на заданном курсе. При уходе судна с курса на угол α сельсин - приемник В2 передает вращение на сельсинтрансформатор ВЭ, на выходе которого формируется основной управляющий сигнал u₁=k₁α, пропорциональный углу отклонения судна от курса. Два других управляющих сигнала вырабатываются в блоке коррекции (БК). Эти сигналы вырабатываются на основе сигнала u₁ посредством дифференцирования (u₂=k₂ α’) и интегрирования (u₃= ) 
   Сумма сигналов u₁+u₂+u₃ подается на вход усилителя. Усиленный суммарный сигнал через переключатель S1.8 поступает на двигатель М1 исполнительного механизма. Двигатель М1 устанавливает определенное положение золотников рулевой машины (РМ) и обеспечивает перекладку руля на угол β. В зависимости от типа РМ в комплект авторулевого может входить исполнительный механизм ИМ-1 или ИМ-2. В приборе ИМ-1 выходной валик имеет вращательное движение на некоторый угол ε, а в приборе ИМ- 2 выходной валик совершает поступательное перемещение на величину l. Величина ε (l) определяет скорость перекладки руля, т. е. ε= k β’. С сельсина - трансформатора В5, механически связанного с двигателем М1, снимается сигнал обратной связи u₅=k₅ β’. Этот сигнал служит для уменьшения автоколебаний пера руля.

Сельсин - трансформатор  В6, механически связанный с рулем, вырабатывает сигнал обратной связи u₄=k₄ β. Этот сигнал ограничивает угол перекладки руля и вмести с сигналом u₁ обеспечивает удержание судна на заданном курсе (по закону незатухающих колебаний). Для погашения колебаний судна, относительно линии заданного курса, т. е. для одерживания судна, служит сигнал u₂=k₂ α’.  
   Все пять сигналов суммируются, причем сигналы u₁ и u₄ всегда в противофазе. Перекладка руля производится до тех пор, пока двигатель М1 не возвратится в исходное положение.  
   Для того, чтобы задать новый курс в автоматическом режиме, необходимо поворотом штурвала (угол γ) передать вращение через механический дифференциал (МД) на подвижной индекс репитера и ротор сельсина - трансформатора В3.  
   В следящем режиме гирокомпас от схемы авторулевого отключается. Основной сигнал u₁ вырабатывается сельсином - трансформатором ВЭ за счет поворота штурвала вручную на угол γ(u₁=k₁γ. Сигналы u₂ и u₃ блоком коррекции не вырабатываются, так как в следящем режиме питания этого блока отключено. Сигналы u₄ и u₅ формируются так же, как в автоматическом режиме.  
   В простом режиме сигналы u₁-u₅ не вырабатываются. Питание на двигатель М1 подается от трансформатора Т1 через кнопки S6,S7 и контакты переключателя S1.6, S1.7. В качестве запасного (аварийного) предусмотрено ручное управление золотниками рулевой машины (при обесточенном двигателе М1).  

Принципиальная  электрическая схема   
авторулевого «Аист».

 
   Автоматический вид управления. При этом виде управления в схеме вырабатываются пять сигналов: u₁, u₂,u₃,u₄,u₅.  
   Сигнал u₁=k₁α формируется сельсином - трансформатором В3, который механически связан с сельсином - приемником курса. Связь с гирокомпасом выполнена через контакты переключателя. В следящем и простом режимах сельсин - приемник В2 от гирокомпаса  
отключается. Величина сигнала u₁ в следящем режиме определяется выражением u₁=k₁γ, где γ- угол поворота штурвала. Вращение штурвала передается на ротор сельсина В3 через механический дифференциал МД. В автоматическом режиме поворотом штурвала устанавливается новое значение заданного курса, которое отмечается подвижным индексом репитера.  
   Сигнал u₂=k₂α’ создается в БК путем дифференцирования сигнала u₁, который подается на его вход. Величина сигнала u₂, в зависимости от состояния моря устанавливается регулятором R1. Сигнал u₂ улучшает стабилизацию судна на заданном курсе, обеспечивая погашение колебаний судна относительно линии заданного курса.  
   Сигнал u₃=  вырабатывается в БК путем интегрирования сигнала u₁. Наличие  
сигнала u₃ позволяет исключить несимметричное рыскание судна, обусловленное различными внешними воздействиями. Этот сигнал обеспечивает дополнительную перекладку руля на некоторый постоянный угол, в результате чего влияние внешнего несимметричного возмущения компенсируется.  
   Сигнал u₄=k₄ β вырабатывается сельсином - трансформатором В6, находящимся в РД. Ротор В6 механически связан с рулем. Сигнал u₄ всегда в противофазе с сигналом u₁. Он создает отрицательную обратную связь. От величины напряжения u₄ зависит угол перекладки руля β (при заданных значениях угла рыскания судна α). Для регулировки сигнала u₄ и, следовательно, для установления определенного угла β (в зависимости от условий погоды) имеется регулятор коэффициента обратной связи КОС. Регулировка КОС производится переключателем за счет изменения напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора Т2, которое служит для возбуждения сельсина трансформатора В6. Значение КОС= α/ β в пределах от 0,2 до 2,0 фиксируется на шкале в приборе ПУ.  
   Сигнал u₅=k₅ β вырабатывается сельсином - трансформатором В5 исполнительного механизма. Ротор В5 механически связан с исполнительным двигателем М1, который устанавливает величину перемещения выходного валика и положение золотника гидравлической рулевой машины. Угол поворота ε двигателя М1, таким образом, определяет скорость перекладки руля β’, а сигнал u₅, вырабатываемый сельсином трансформатором В5, зависит от угла ε, т. е. пропорционален величине β’. Сигнал u₅ является сигналом отрицательной обратной связи, обеспечивающим погашение автоколебаний в системе “исполнительный механизм - руль”.  
   Все пять напряжений (u₁ –u₅) суммируются путем последовательного соединения сигнальных элементов: сельсина В3, трансформаторов Т3 и Т5 блока коррекции, сельсинов В6 и В5. Суммарный сигнал u_с= u₁+ u₂+u₃+u₄ +u₅ подается на вход усилителя . Величину суммарного сигнала, в зависимости от состояния моря, можно установить переключателем (“грубо”- “точно”). В положении “Точно”(при тихой погоде) на вход усилителя поступает все напряжение u_с. При переводе переключателя в положение “Грубо” часть сигнала шунтируется резистором R2. Начальная регулировка потенциометра R2 производится при установке авторулевого на судне. С выхода усилителя усиленное напряжение u_c через переключатель поступает на управляющую обмотку исполнительного двигателя М1, который управляет золотником гидравлической рулевой машины.  
   Работа авторулевого в автоматическом режиме. Чтобы ввести в схему заданный курс, необходимо при помощи штурвала через механический дифференциал МД установить подвижной индекс репитера на отсчет нужного курса. При этом ротор сельсина В3 получает начальную ориентировку (угол α) для выработки основного сигнала u₁=k₁α. Угол α определяется разностью отсчетов действительного курса (курсовая черта) и заданного курса (подвижной индекс). Сигнал u₁ (других сигналов пока нет) после усиления подается на исполнительный двигатель М1. Вращение двигателя М1 (угол ε) передается на сельсин В5, с которого снимается сигнал u₅, находящийся в противофазе с сигналом u₁. Величина сигнала u₅ быстро возрастает, происходит компенсация напряжения u₁, двигатель М1 обесточивается и останавливается. Выработанный при этом некоторый угол ε включает рулевую машину, и начинается перекладка руля с определенной скоростью β’, зависящей от величины угла ε. При перекладке руля на возрастающий угол в схеме появляется сигнал u₄=k₄ β который, так же, как и сигнал u₅, по фазе противоположен сигналу u₁. С появлением сигнала u₄ двигатель М1 начинает вращаться в обратную сторону и уменьшает величину угла ε, т. е. снижает скорость перекладки руля β’ и уменьшает величину сигнала u₅=k₅ β’. Руль продолжает перекладываться в ту же сторону, на увеличение угла β, но с меньшей скоростью. Когда сигнал u₄ станет равным напряжению u₁, (а это произойдет, когда угол ε станет равным нулю), двигатель М1 остановится. Рулевая машина прекратит перекладку руля, так как ε= 0. Сигнал u₅, зависящий от угла ε, исчезнет. Руль окажется переложенным на некоторый угол β и вызовет поворот судна в сторону уменьшения угла α. В итоге судно придет на заданный курс (α=0), руль возвратится в диаметральную плоскость (β=0). При этом подвижной индекс совпадает с курсовой чертой репитера. Сигнал u₂=k₂α создает эффект одерживания т. е. обеспечивает возвращение руля в диаметральную плоскость раньше, чем происходит приход судна на заданный курс.  
   При наличии несимметричного рыскания судна через некоторое время появляется сигнал u₃=, который вызывает отклонение среднего положения руля на некоторый угол от ДП и компенсирует возмущение, создающее несимметричное рыскание.  
   В пульте управления есть аксиометр с двумя стрелками - заданного (β₃) и истинного (β_и) положения пера руля. Стрелка заданного положения механически связана с подвижным индексом репитера Ии отклоняется на угол β₃= α. Стрелка истинного положения устанавливается сельсином - приемником В8, который электрически связан с сельсином - датчиком руля В7 (прибор РД). Ротор сельсина В7 поворачивается на угол β‚ так как находится в механическом соединении с баллером руля.  
   В схеме авторулевого имеется звуковая сигнализация (ревун): при автоматическом виде управления. В случае ухода судна с курса на угол более заданного ревун подает звуковой сигнал. Величина угла, при котором срабатывает ревун, задается переключателем S 4. Он имеет четыре фиксированных положения: сигнализация выключена, отклонение от курса 3 градуса, отклонение от курса 6 градусов, отклонение от курса 9 градусов. Питание ревуна обеспечивается выпрямительной схемой с диодами через переключатель S4, подвижной элемент которого механически связан с сельсином - приемником курса В2, этот же ревун Н14 используется для сигнализации о перегрузке насосов рулевой машины. Кнопка S11 служит для снятия звукового сигнала. Задание нового курса в автоматическом режиме производится поворотом штурвала. При этом замыкается контакт S5, который через переключатель S1.10 шунтирует конденсатор С3 в цепи обратной связи интегрирующего устройства БК. Сигнал u₃ становится равным нулю. Это необходимо для того, чтобы не увеличивалось время выхода судна на заданный курс. С окончанием поворота судна контакт S5 размыкается и интегрирующий узел БК снова начинает вырабатывать сигнал u₃. При переходе на следящий или простой вид управления конденсатор С3 шунтируется контактами S1.10, аннулируется сигнал u₃, т. е. выполняется сброс интегратора на нулевое положение. Контакты S1.9 снимают питание БК. Этим достигается прекращение выработки сигналов u₂ и u₃ на время, пока не будет включен автоматический режим управления.  
   В случае, когда в автоматическом режиме руль перекладывается на максимальный угол (β = 35 градусов), срабатывает ограничительный контакт S8 и S9 (в зависимости от стороны перекладки руля). Эти контакты, расположенные в РД, механически связаны с баллером руля. При срабатывании контакта S8 (или S9) включается цепь питания реле К1 (или К2), находящегося в усилителе А1. Пока руль перекладывается в допустимых пределах (β < 35 градусов), оба реле обесточены и их контакты К1.1 и К2.1 замкнуты. Диоды V10 и V11 зашунтированы контактами реле. Модулятор М усилителя А1 может создавать сигналы как одной фазы (для перекладки руля влево), так и другой (для перекладки руля вправо). При перекладке руля на максимальный угол (β = 35 градусов) замыкается контакт S8 (или S9) в приборе РД, и на обмотку реле К1 (или К2) будет подано напряжение. Контакт К1.1 разомкнется и вместо него начнет действовать диод V10 (или V11). Одна фаза сигнала, обеспечивающая перекладку руля на дальнейшее увеличение угла β (более 35 градусов), вырабатываться не будет. Двигатель М1 остановится, перекладка руля прекратится. Если в схеме возникнет сигнал противоположной фазы, на входе усилителя появится напряжение, обеспечивающее вращение двигателя М1 на перекладку руля в сторону уменьшения угла β. Контакт S8 (или S9) возвратится в исходное положение, оба реле (К1 и К2) обесточатся, их контакты будут в замкнутом положении. Схема модулятора снова будет способна вырабатывать сигнал или одной, или другой фазы, необходимых для вращения двигателя М1 и перекладки руля в любую сторону.  
   Следящий вид управления. Для перехода в следящий режим управления переключатель S1 необходимо установить в положение “следящий”. При этом происходит следующее:  
1. Сельсин — приемник курса В2 отсоединяется от гирокомпаса, так как две фазы синхронизации обмотки синхронизации элементами S1.1 и S1.2 отключаются от  
сельсина датчика СДк, сигнал u₁=k₁α вырабатываться не будет. Вместо него за счет вращения штурвала создается сигнал u₁=k₁γ, где γ- угол поворота штурвала.  
2. Элементом переключателя S1.4 подсоединяется сигнальная лампа Н2, обозначающая, что авторулевой работает в следящем режиме.  
3. Элементом переключателя S1.9 снимается питание БК, т. е. прекращается формирование сигналов u₂ и u₃.  
4. Переключателем S1.10 шунтируется конденсатор С3 и обеспечивается сброс интегрирующего устройства на ноль.  
5. Переключателями S1.13 и S1.14 снимается питание схемы звуковой сигнализации об отклонении судна от заданного курса, т.к. в следящем режиме управление рулем осуществляет человек и надобность в такой сигнализации отпадает. В следящем режиме судном управляет человек, который поворачивает штурвал на некоторый угол у вправо и влево, вырабатывая управляющий сигнал u₁=k₁γ. Вращение штурвала через редуктор подается на ротор сельсина- трансформатора В3 и одновременно на подвижный индекс пульта управления. Репитер курса (с сельсином - приемником В1 остается связанным с гирокомпасом в любом режиме авторулевого, поэтому человек, управляющий рулем, использует информацию о курсе судна. На пульте управления также расположен аксиометр с двумя стрелками, показывающим заданный и действительный углы перекладки руля.  
   Сигнал u₁=k₁γ подается непосредственно на вход усилителя А1 и после усиления поступает на двигатель М1 исполнительного механизма.  
   Сигналы u₄ и u₅ формируются сельсинами В6 и В5 так же, как и при автоматическом виде управления. При работе авторулевого в следящем режиме в схеме автоматически устанавливается КОС = 1.  
   В следящем режиме без изменения действует схема ограничения перекладки руля. При угле β = 35 градусов срабатывает контакт S8 или S9 и перекладка руля прекращается.  
   Сельсины - трансформаторы В3 и В5 установлены таким образом, что угол поворота ротора В5 всегда примерно на 0,3 градуса меньше, чем у ротора машины В3. Это означает, что сигнал u₁ больше сигнала u₅. Благодаря этой разности напряжений двигатель М1 исполнительного механизма развивает момент, достаточный для компенсации действия пружин нулевого установителя. Поэтому рулевая машина осуществляет перекладку руля с постоянной скоростью.  
   Перекладка руля прекратится в тот момент, когда сигнал u₄ (пропорциональный углу β) компенсирует напряжение u₁. При этом величина u₅ практически будет равна нулю.  
   Для возвращения руля в ДП судна штурвал необходимо установить в нулевое положение. Вследствие того, что в этом случае сигнал u₁ будет равен нулю, под действием напряжения u₄ руль вернется в ДП судна.  
   Простой и ручной виды управления. При простом виде управления контакты переключателя S1 переводятся в положение “простой”. В этом случае все элементы схемы авторулевого, находящиеся в ПУ, отключаются. Управляющая обмотка исполнительного двигателя М1(прибор ИМ) контактами S1.8 отключается от усилителя А1, а контактами S1.6, S1.7, S1.11 и S1.12 подключается к трансформатору Т1. Кнопки S6 и S7 служат для подачи напряжения одной или другой фазы на двигатель М1. В этой цепи оказывается включенным ограничительный контакт S8 (или S9). Вращение двигателя М1 через рулевую машину обеспечивает перекладку руля в нужную сторону.  
   При нажатии кнопки S6 (“лево”) двигатель М1 начинает вращаться и, сжимая пружину установителя, перемещает (или переворачивает) выходной валик прибора ИМ- 2 (ИМ-1). Золотник насоса рулевой машины смещается в соответствующую сторону и руль перекладывается влево от диаметральной плоскости судна. Если отпустить кнопку S6, двигатель М1 обесточится и нулевой установитель вернет выходной валик прибора ИМ и золотник насоса рулевой машины в исходное положение. Перекладка руля прекратится. Для возвращения руля в ДП судна или для его перекладки на другой борт необходимо нажать кнопку S7 (“вправо”). Таким образом, при простом режиме управления величина угла перекладки руля зависит от времени удержания в нажатом положении кнопки S6 (“лево”) или S7 (право).  
   Для ограничения угла перекладки руля в пределах 35 градусов служат контакты S8 и S9, расположенные в приборе РД. При β = 35 градусов контакт S8 (S9) срабатывает, двигатель М1 обесточивается, нулевой установитель возвращает золотник насоса в исходное положение и перекладка руля прекращается.  
   В простом режиме управления работает аксиометр, показывающий истинное положение руля (β_и). Стрелка заданного положения руля (β₃) в этом случае не работает.  
   В ПУ имеются три сигнальные лампы, подключаемые к источнику питания через резистор R3. В зависимости от положения переключателя S1.4 загорается одна из этих ламп, указывая на соответствующий вид управления.

   В случае неисправности исполнительного двигателя М1 или его цепей управления можно использовать ручной (аварийный) вид - управления. Для этого в приборе ИМ предусмотрена рукоятка, с помощью которой можно вручную перемещать (вращать) выходной валик исполнительного механизма и воздействовать на золотник насоса рулевой машины.  

Эксплуатация  авторулевого.  

   Авторулевой включают при помощи рукоятки. При этом начинает работать один из насосов рулевой машины и подается питание на все приборы авторулевого. Загорается лампа, сигнализирующая о работе насоса (левого или правого борта).  
   На верхней панели прибора ПУ расположен переключатель для установки одного из трех видов режимов управления (автоматический, следящий, простой). Сигнализация о виде сигнализации выполняется лампами.  
   Перед выходом судна в рейс следует проверить работу авторулевого в каждом из этих режимов. Сначала необходимо установить простой вид управления и выполнить следующие операции:  
- согласовать репитер курса с основным прибором гирокомпаса при помощи рукоятки;  
- проверить перекладку руля вправо и влево на максимальный угол (35 градусов), нажимая клавиши. Контроль осуществляется по стрелке аксиометра.  
   Затем, установив следящий режим, поворотом штурвала вправо (влево) создают угол перекладки руля 30 градусов (стрелка заданного положения руля) и убеждаются, что стрелка истинного положения руля приходит на тот же отсчет с точностью 2 градуса. Так же проверяют отработку руля на максимальный угол. Вращая штурвал в обратную сторону, устанавливают руль в ДП и проверяют работу механического стопора.  
   Заканчивают работу авторулевого в автоматическом режиме. В этом виде управления необходимо убедиться в нормальной работе БК. Для этого следует рукояткой установить КОС=1.  
   Проверку дифференцирующего узла БК выполняют в следующем порядке.  
   Регулятор величины сигнала производной устанавливают в положение “1,0”. Это обеспечивает выработку максимального сигнала u₂=k₂α’. На время проверки сигнала u₂=k₂α’создают вращением вручную валиком сельсина В2. Для этого необходимо поднять верхнюю крышку прибора ПУ, откинуть механизм, в котором расположен сельсин В2, и равномерно вращать ось сельсина, наблюдая за перемещением стрелки заданного положения руля по аксиометру. Вследствие того, что сигнал будет иметь большую величину, руль быстро перекладывается на борт, о чем будет свидетельствовать стрелка истинного положения руля, устанавливающаяся на отсчете 35 градусов. Вращение валика сельсина В2 надо прекратить, когда заданный угол перекладки руля достигнет 15 градусов. Сигнал u₂ исчезнет, так как прекратили вращать сельсин В2, и руль должен вернуться (вместе со стрелкой истинного положения руля) на отсчет 15 градусов.  
   Проверку интегрирующего узла БК выполняют так.  
   Регулятор производной устанавливают в нулевое положение (при этом сигнал u₂ не возникает). Посредством штурвала подвижный индекс в репитере смещают на угол α = 2 градуса вправо от курсовой черты. Этим определяется заданный угол перекладки руля β_з= 2 градуса. Возникает сигнал u₁=k₁γ, под действием которого руль переложится на  
тот же угол (так как КОС= 1). Но одновременно появляется сигнал u₃=, величина которого непрерывно возрастает, благодаря чему перекладка руля будет продолжаться в ту же сторону. Это можно заметить по аксиометру: стрелка заданного положения остается на отсчете 2 градуса, а стрелка истинного положения будет отклоняться в сторону увеличения отсчета. Если теперь авторулевой перевести в следящий (или простой) вид управления, интегрирующий узел БК автоматически сбросится в нулевое положение, сигнал u₃ станет равным нулю, а стрелка истинного положения руля возвратится на отсчет 2 градуса, т. е. угол β_и станет равным углу β_з (стрелки аксиометра совместятся).  
   Во время плавания, в зависимости от состояния моря, необходимо правильно устанавливать регуляторы авторулевого.  
   В тихую погоду величину КОС устанавливают, как правило, меньше единицы. Оптимальное значение КОС определяют опытным путем для каждого типа судна. С усилением волнения моря коэффициент КОС рукояткой уменьшают. При этом уменьшается точность авторулевого (увеличивается рыскание судна), но зато снижается число перекладок руля и уменьшается нагрузка на рулевую машину. Положение регулятора (сигнал производной) также зависит от погоды. При отсутствии волнения устанавливают максимальный (для данного типа судна) отсчет по шкале регулятора, а с ухудшением погоды этот отсчет уменьшают. При очень сильной качке регулятор сигнала производной на нулевой отсчет.  
   Переключатель “Точно”, предназначен для ступенчатой регулировки величины суммарного сигнала. В хорошую погоду устанавливают положение “Точно “, а в штормовую ”Грубо”.  
   В автоматическом режиме в случае отклонения судна от курса подается звуковой сигнал. Величину допускаемого отклонения устанавливают переключателем, который имеет несколько фиксированных положений. Первое положение соответствует отключению сигнализации.  
Звуковой сигнал также подается в случае перегрузки насосов рулевой машины. Для отключения этого сигнала служит кнопка.  
   Потенциометры (их два) предназначены для регулировки подсветки шкал и накала сигнальных ламп.  
   Практические рекомендации по навигационному использованию авторулевого  
сводятся к следующему:  
1. Выбор режима управления. При выходе судна из порта, при расхождении с другими судами, при плавании в стесненных условиях судном управляет оператор (рулевой матрос) в режиме При плавании в открытом море используется режим “Автомат”.  
2. Изменение курса судна. В режиме или “Простой” эту операцию выполняет матрос- рулевой. В режиме “Автомат” вращением штурвала подвижный индекс устанавливается против значения нового курса (если величина изменения курса не превышает 30 градусов), после чего авторулевой выводит судно автоматически на новый заданный курс. Если же угол изменения курса превышает 30 градусов, то необходимо либо выполнить операцию ступенчато (в несколько приемов), либо перейти в режим “Следящий” и вывести судно на новый курс вручную.  
3. Выбор оптимального положения регуляторов. Значение КОС для трех вариантов загрузки судна (в полном грузу, с половинной загрузкой, в балласте) определяют в тихую погоду опытным путем, исходя из того что судно должно точно удерживаться на заданном курсе при наименьшем числе кладок руля. С увеличением КОС уменьшается угол перекладки руля при одном и том же угле рыскания судна. Обычно на судах КОС= 0,3... 1.0.  
   Величина сигнала производной определяет точность удержания судна на курсе и быстроту возвращения его на заданный курс после отклонения. С увеличением сигнала производной увеличивается количество кладок руля.  
   Регулятор устанавливают в положение “Точно” в хорошую погоду и в положение “Грубо”в плохую.  
   При плавании в хорошую погоду регулятор КОС устанавливают в положение, соответствующее определенному опытным путем для данного варианта загрузки судна, сигнал “Производной”- в положение “1”, а регулятор в положение “Точно”.  
   С ухудшением погоды увеличивается число кладок руля. Если оно превысит 400 кладок в час, то следует уменьшать сигнал “Производной”. Если он уменьшен до 0, а погода ухудшается, то регулятор устанавливают в положение “Грубо”. При дальнейшем увеличении кладок руля, что связанно с ухудшением погоды, осуществляют уменьшение КОС.  
   При изменении положения регуляторов точность удержания судна на заданном курсе будет ухудшаться, поэтому необходимо изменять положение переключателя сигнализации об уходе судна с курса.  
   Характерные неисправности авторулевого. В процессе эксплуатации авторулевого могут возникнуть неисправности, связанные с выходом из строя его отдельных узлов и элементов:  
1. Отсчет аксиометра не соответствует действительному положению руля.  
   Причиной этого может быть нарушение цепи синхронной передачи от рулевого датчика к аксиометру. Надо прозвонить цепи и при необходимости согласовать сельсины разворотом их статоров.  
2. В автоматическом или следящем режиме руль произвольно перекладывается влево или вправо на предельный угол.  
   Объяснить эту неисправность можно отсутствием сигнала u₄. Необходимо проверить цепь обратной связи от рулевого датчика до пульта управления.  
4. Руль совершает незатухающие колебания.  
   Наиболее вероятная причина- исчезновение сигнала u₅. Необходимо проверить работу сельсин - трансформатора В5, расположенного в исполнительном механизме. Другой причиной автоколебаний руля могут быть нарушения обратной связи в усилителе А1, т. е. неисправность устройства обратной связи УОС.  
5. В автоматическом режимах при вращении штурвала руль не перекладывается.  
   Очевидно, вышел из строя усилитель А1. Для проверки надо подключить второй (резервный) усилитель, перейдя на элементы другого борта.  
   Для уменьшения вероятности отказов авторулевого необходимо проверять и регулировать его отдельные узлы и механизмы в соответствии с заводской инструкцией.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Регистр. 

1. К установке  допускаются авторулевые воздействующие на рулевую машину с помощью собственной системы передачи или использующие для этого штатную ручную систему управления ручным приводом.  
2. Авторулевой должен обеспечивать удержание судна на заданном курсе с точностью 1 градус при скорости хода судна не менее 6 узлов.  
Максимальная амплитуда рысканья от заданного курса не должна превышать:  
- 1 градуса при состоянии моря до 3 баллов.  
- 4 градусов при состоянии моря до 5 баллов.  
3. Должно быть предусмотрено устройство для ручной регулировки чувствительности отработки авторулевого по перекладке руля в зависимости от условий плавания, а также возможность настройки авторулевого при его установке по характеристикам судна.  
4. Авторулевой должен быть снабжен устройством, ограничивающим перекладку руля в пределах, не превышающих 35 градусов на каждый борт.  
5. Должна быть предусмотрена световая сигнализация о наличии питания в схеме и используемым виде управления. Должна быть также предусмотрена звуковая и световая сигнализация о перегрузке электродвигателей рулевого привода.  
   Рекомендуется предусматривать звуковую сигнализацию о недопустимых отклонениях от курса при автоматическом управлении.  
6. Система управления авторулевого должна быть полностью самосинхронизирующего типа и не требовать никаких согласований при переходе с одного вида управления на другой.  
7. На пульте управления авторулевого должно быть предусмотрено устройство для ручного управления ручным приводом.  
   Это не относится к пультам, использующим штатную ручную систему управления.  
8. Система ручного управления рулевым приводом, применяемая в авторулевом устройстве, должна быть простой и надежной и действовать без участия сложных элементов, используемых при автоматическом управлении.  
9. В качестве органа ручного управления на пульте управления допускается применение штурвала, ручки или кнопок.  
10. Переход с режима автоматического управления на режим ручного управления должен осуществляться одной манипуляцией с любого из имеющихся постов управления рулем.  
11. Схема и конструкция авторулевого должны при любом повреждении в системе автоматического управления обеспечивать возможность ручного управления рулем с любого из имеющихся постов управления рулем.  
12. На пульте управления авторулевого должны быть установлены репитеры гироскопического или магнитного компаса, указатели заданного и истинного положения пера руля, органы включения питания всей системы управления и электродвигателей рулевого привода, переключатели чувствительности и видов управления, сигнальные лампы, и другие эксплуатационные органы управления и регулировки.  
13. Репитер, указатели истинного и заданного положения пера руля и органы включения и контроля работы электродвигателей рулевого привода в пульте управления могут не устанавливаться в том случае, когда исполнительный механизм авторулевого встроен в пульт управления или является отдельным прибором, работающий непосредственно на штатный ручной пост рулевого управления.

14. Во всех  ответственных цепях схемы в  пульте управления должны быть  предусмотрены электрические предохранители или установочные автоматические выключатели для защиты цепей от короткого замыкания.  
15. В пульте управления должны быть предусмотрено регулируемое освещение картушки репитера и указателя положения руля.  
16. В авторулевом должно быть предусмотрено устройство, которое при автоматическом управлении обеспечивает возможность ручного изменения курса судна на любой другой курс в пределах по крайней мере 15 градусов в любую сторону от начального без необходимости переключения на ручное управление.  
17. В комплект авторулевого рекомендуется предусматривать два выносных поста для ручного управления , обеспечивающих при ручном управлении возможность экстренного и резкого изменения курса судна. Величина разового изменения курса судна в любую сторону не должна ограничиваться вплоть до полной циркуляции. Выносные посты управления должны быть устроены таким образом, чтобы после установки рукоятки (кнопки) поста в нейтральное положение были обеспечены возвращение судна на заданный курс и дальнейшее действие  
 
 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 

1. «Технические средства судовождения» С.-петербург, 2008г.
2. «Эксплуатация ЭНТ на морских судах», Блинов И.А., 1976г