Пропорционально-дифференциально-интегральное управление

Для устранения статической ошибки системы в современных авторулевых применяется дополнительное управление, пропорциональное интегралу отклонения . При этом оператор имеет вид:

, (58)

где - коэффициент передачи сигнала по интегралу.

Датчиками таких сигналов служат интегрирующие элементы, расположенные в пульте управления авторулевых. Такими элементами являются электродвигатели (АР, АТР, АБР), выходной сигнал которых представляет собой поворот валика, либо интегрирующий усилитель («Печора», «Аист»).

Покажем, что при регулировании по закону (58) система не будет иметь статической ошибки, вызванной постоянными или медленно меняющимися внешними воздействиями.

Для этого вернемся к уравнению (50), подставив в него значение оператора (58), и пренебрегая постоянной времени рулевого привода , получим:

,

или

. (59)

Поскольку, производная от постоянной величины правой части уравнения равна нулю, то

.

Таким образом, при управлении по закону (58) система регулирования курса не имеет статической ошибки. Физический смысл управления по интегралу от угла отклонения от курса состоит в следующем. Постоянное внешнее воздействие, например, боковой ветер, или асимметрия упора винтов (на многовинтовых судах) приводит к тому, что судно зарыскивает в одну сторону. Это вызывает постоянный снос судна с линии заданного курса. Интегратор выделяет из общего сигнала рассогласования постоянную составляющую и вводит ее в качестве дополнительного сигнала в рулевой привод. Руль начинает отклоняться при несимметричном рыскании неодинаково относительно ДП, компенсируя влияние постоянного возмущения.

Условие устойчивости по критерию Гурвица в данном случае примет вид:

. (60)

Как видно из уравнения (60), для устойчивости системы необходимо иметь определенные соотношения между коэффициентами передачи , , , звеньев регулятора и , судна.

Величины и зависят от загрузки судна, скорости и глубины под килем, поэтому для получения лучшего качества переходного процесса судоводителю приходится в море регулировать коэффициенты передач. В то же время судоводители практически не имеют однозначных рекомендаций по настройке авторулевых в зависимости от конкретных условий плавания и состояния судна и не могут объективно судить о правильности своих действий. Если к этому добавить, что внешние возмущения носят случайных характер, а многие суда имеют различные динамические характеристики управляемости, становятся понятными трудности, связанные с оптимальной настройкой авторулевых в процессе эксплуатации.

Отмеченные трудности устраняются в так называемых самонастраивающихся (адаптивных) авторулевых, которые классифицируются по двум основным признакам: авторулевые с автономной адаптацией и авторулевые, использующие для адаптации внешнюю информацию. Последние используются в составе автоматизированных навигационных комплексов.