DE1804501C - Einrichtung zur Steuerung einer Stabilisierungseinrichtung für Schiffe - Google Patents

Description

sierungseiniichtung zu kombinieren, wobei ein 15

erster Kanal vorgesehen ist, der mit einer ersten
Trägerwelle einer der normalen Bordfrequenz des

Schiffes entsprechenden Frequenz versorgt wird, Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuewelche erste Trägerwelle mit dem ersten Signal rung einer Stabilisierungseinrichtung für Schiffe, bei moduliert wird, und wobei ferner ein zweiter ao der eine von einem Meßgerät ermittelte Schlinger-Kanal vorgesehen ist, welcher an seinem Ausgang größe als erstes Signal verwendet wird und weitere eine zweite Trägerwelle mit derselben Frequenz durch elektrische Differentiation und/oder Integration wie die erste Trägerwelle aufweist, wobei diese erzeugte Schlingergrößen als weitere Signale verwenzweite Trägerwelle mit den weiteren Signalen det werden und bei der Mittel vorgesehen sind, um moduliert ist, dadurch gekennzeichnet, 35 das erste und die weiteren Signale zu einem vereinigdaß am Eingang des zweiten Kanals (B) eine mit ten Signal für die Steuerung der gegendrehmomentdem ersten Signal (d) modulierte Zwischenträger- erzeugenden Mittel der Stabilisierungseinrichtung zu welle höherer Frequenz (Oszillator 4) vorgesehen kombinieren, wobei ein erster Kanal vorgesehen ist, ist und daß die Mittel (6,7) zur elektrischen Dif- der mit einer ersten Trägerwelle einer der normalen ferentiation und/oder Integration von dieser Zwi- 30 Bordfrequenz des Schiffes entsprechenden Frequenz schenträgerwelle nach ihrer Demodulation ver- versorgt wird, welche erste Trägerwelle mit dem sorgt werden und die entstehenden weiteren ersten Signal moduliert wird, und wobei femer ein Signale (θ, β) einem Modulator (10) zugeführt zweiter Kanal vorgesehen ist, welcher an seinem Auswerden, in dem sie zur Modulation der zweiten gang eine zweite Trägerwelle mit derselben Frequenz Trägerwelle verwendet werden. 35 wie die erste Trägerwelle aufweist, wobei diese

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- zweite Trägerwelle mit den weiteren Signalen modukennzeichnet, daß zum Erzeugen der als erstes liert ist.

Signal dienenden Schlingergröße (0) eine einzige Bei bekannten Einrichtungen zur Steuerung der Fühlvorrichtung (2) vorgesehen ist und daß der Stabilisierungseinrichtungen von Schiffen ist es üblich zweite Kanal (B) eine Moduliereinrichtung (3) 40 im ganzen Steuersystem durchgehend dieselbe Träaufweist, welche zum Betrieb mit der Zwischen- gerfrequen? zu verwenden. In manchen Fällen wird trägerwelle höherer Frequenz ausgebildet und mit hierzu die Bordfrequenz des Schiffes verwendet, die der Fühlvorrichtung (2) gekoppelt ist, so daß die direkt dem Bordnetz entnommen wird; sonst verwen-Ausgangsgröße der Moduliereinrichtung (3) ein det man eine höhere Frequenz, die einer besonderen, mit dem ersten Signal (ö) moduliertes Signal 45 für die Steuerungseinrichtung vorgesehenen Stromhöherer Frequenz ist, und daß die Mittel (6, 7) versorgungseinrichtung entnommen wird,
zur elektrischen Differentiation und/oder Integra- Bei bekannten Stabilisierungseinrichtungen, insbetion mit der Moduliereinrichtung (3) verbunden sondere bei Flossenstabilisierungseinrichtungen zum sind. Stabilisieren von Schlingerbewegungen, ist es üblich,

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- 50 zwei Kreiselelemente zum Erfassen der Schlingerkennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung in an sich bewegungen zu verwenden, wobei der eine Kreisel bekannter Weise einen Geschwindigkeitskreisel den Schlingerwinkel θ und der andere die Schlinger-(1) aufweist, so daß die als erstes Signal dienende geschwindigkeit Ö erfaßt. Da Kreisel relativ kom-Schlingergröße die Schlingergeschwindigkeit (Θ) plexe Geräte sind, ist es vorteilhaft, einen einzigen ist, wobei die Moduliereinrichtung einen mit dem 55 Kreisel zu verwenden, welcher eine der für die Stabi-Kreisel (1) gekoppelten ersten Drehmelder (3) lisierung benötigten Variablen abgibt, und die übrigen aufweist und daß die Drittel zur elektrischen Variablen dadurch zu erhalten, daß man entspre-Differentiation und/oder Integration einen Inte- chend den Erfordernissen diese Variable integriert grator (7) und einen Differentiator (6) aufweisen, und/oder differenziert. Wenn z. B. der einzige Kreisel um aus der als erstes Signal dienenden Schlinger- 60 die Größe & liefert, so kann man die übrigen Variagröße (Ö) die weiteren Schlingergrößen (0 und blen θ und & durch Integration bzw. durch Differen- &) abzuleiten, und daß die genannten Mittel tiation erhalten. Steuereinrichtungen, die auf dieser (6, 7) über einen Demodulator (S) mit dem ersten Basis arbeiten, sind bekannt.

Drehmelder (3) und über einen mit der normalen In der Siemens-Zeitschrift, 1963, Heft 3, S. 159,

Bordfrequenz des Schiffes arbeitenden Modulator 65 ist eine Steuereinrichtung der eingangs genannten

(10) mit den zum Kombinieren des ersten Signals Art beschrieben, bei der ein durch einen Kreisel er-

und der weiteren Signale dienenden Mitteln (16) mitteltes Signal Φ integriert und der integrierte Wert

verbunden ist. dann mit dem Signal Φ und seinem Differential Ψ

gemischt wird. In dem Kanal, in dem Φ integriert tejer Vorteil ist dabei der, daß bei einem Ausfall der ί wird, sowie in den Kanälen für Φ and 'Φ wird eine Quelle höherer Frequenz der niederfrequente Kanal i gemeinsame Frequenz verwendet ■■ weiterarbeiten kann und daß ein annehmbarer Grad : In einem Aufsatz in der Zeitschrift »Shipbuilding von Schlingerstabilisierung auch mit der Haupt- ;.and Shipping Record« vom 28. September 1967, 5 Schlingergröße allein erreicht werden kann.
S.. 451, wird eine Stabilisierungseinrichtung beschrie- In Weiterbildung der Erfindung geht man mit ben, bei der Signale für die natürliche Schlagseite Vorteil so vor, daß zum Erzeugen der als erstes bzw. den durchschnittlichen Schlingerwinkel, die Signal dienenden Schlingergröße eine einzige Fühl-Schlingergeschwindigkeit und die Schlingerbeschleu- vorrichtung vorgesehen ist und daß der zweite Kanal nigung alle von einem Schlingerwinkelsignal θ her- io eine Moduliereinrichtung aufweist, welche zum Begeleitet werdan. Diese Steuereinrichtung verwendet trieb mit der Zwischenträgerwelle höherer Frequenz eine gemeinsame Frequenz von 60 Hz. ausgebildet und mit der Fühlvorrichtung gekoppelt In der britischen Patentschrift 821138 ist eine ist, so daß die Ausgangsgröße der Moduliereinrichelektromechanische Stabilisierungseinrichtung be- tung ein mit dem ersten Signal moduliertes Signal schrieben, welche mit Funktionen des Schlingerns 15 höherer Frequenz ist, und daß die Mittel zur elektri-.arbeitet und ebenfalls nur mit gleich großen Träger- sehen Differentiation und/oder Integration mit der frequenzen arbeitende Kanäle aufweist. Die Schiin- Moduliereinrichtung verbunden sind. Die Fühlvorgerlage des Schiffes fühlt ein vertikal bleibender richtung kann als Kreisel ausgebildet sein, der bei-.Kreisel, der bei Vorliegen einer Schlagseite des spielsweise die Größe θ erfaßt In diesem Fall kön-Schiffes auch beim Fehlen einer Schlingerbewegung *o nen die Rechcnmittcl ein Integrierglied aufweisen, ein dauerndes Signal abgibt. Jedoch ist eine verhält- welches die Größe θ erzeugt, und ein Differenziernismäßig komplizierte Vorrichtung erforderlich, um glied zum Erzeugen der Größe 0. Die Größen Θ, 6 beim Schlingern die Schlagseite aus dem zeitlichen und θ sind die Schlingergrößen, die gewöhnlich zur Mittelwert der Schlingerbewegungen zu ermitteln, da Schlingerstabilisierung verwendet werden,
der Kreisel nicht gedämpft sein darf. ag Die Verwendung einer Stabilisierungseinrichtung Die bekannten Systeme haben eine Anzahl von mit einem ersten Kanal, der mit der normalen Bord-Nachteilen: Dort, wo im gesamten Steuersystem eine frequenz des Schiffes arbeitet, und mit einem zweiten gemeinsame Trägerfrequenz verwendet wird, die aus Kanal, der mit einer höheren Frequenz arbeitet, nützt dem Bordnetz des Schiffes entnommen wird und des- sowohl die konstruktiven Vorteile höherer Frequensen Bordfrequenz aufweist, führt der relativ niedrige 30 zen aus und hat gleichzeitig den Vorteil, daß man Wert dieser Frequenz (meist 50 oder 60 Hz) zu den dem Bordnetz des Schiffes Leistung entnehmen kann, folgenden Schwierigkeiten: In den verschiedenen wie das bereits erwähnt wurde.
Teilen der Schaltung, insbesondere dort, wo mehrere Die höhere Frequenz wird zweckmäßig einem Schlingergroßen durch Integrieren bzw. Differenzie- 400-Hz-Oszillator entnommen.
ren einer einzigen Größe erhalten werden, werden 35 Die bisher beschriebene Stabilisierungseinrichtung große Kondensatoren benötigt, welche ihrerseits dazu weist noch keine Schla^seitenkorrektur auf. In manführen, daß unerwünschte Phasenverschiebungen er- chen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, bezüglich der zeugt werden. Das begrenzt die Entwurfsmöglich- Vertikalen zu stabilisieren und eine möglicherweise Reiten der Schaltungen des Steuersystems und kann vorhandene Schlagseite zu eliminieren. Zu diesem eine nachteilige Auswirkung auf die Arbeitsweise der 40 Zweck ist erfindungsgemäß ein stark gedämpftes Stabilisierungseinrichtung insgesamt haben. Pendel zur Messung eines mittleren Schlingerwinkels Wenn als gemeinsame Frequenz jedoch eine vorgesehen, das mit einem zweiten, mit der normalen höhere Frequenz verwendet wird, muß ein beson- Bordfrequenz des Schiffes arbeitenden Drehmelder derer Generator für die gesamte Steuereinrichtung gekoppelt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der vorgesehen werden. Dieser Generator wird notwen* 45 zum Kombinieren des ersten Signals und der weiteren digerweise groß und teuer. Signale dienenden Mittel verbunden ist, so daß das Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ausgangssignal des zweiten Drehmelders ein Beeine Stabilisierungs-Steuereinrichtung für Schiffe zu standteil des zusammengesetzten Signals ist.
schaffen, bei der die Verwendung eines mit höherer An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die ErFrequenz arbeitenden Kanals zur Berechnung von 50 findung näher erläutert.

Schlingergrößen ohne die Anordnung eines derartigen Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Regeleinrich-

Generators möglich ist. tung zum Stabilisieren der Schlingerbewegung eines

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs Schiffes.

genannten Einrichtung dadurch erreicht, daß am Eine zweckmäßig als Kreisel ausgebildete einzige Eingang des zweiten Kanals eine mit dem ersten 55 Fühlvorrichtung 1 liefert ein Signal entsprechend Signal modulierte Zwischenträgerwelle höherer Fre- einer ersten Schlingervariablen (hier Ö, also die quenz vorgesehen ist und daß die Mittel zur elektri- Schlingergeschwindigkeit) über einen Modulator 2 zu sehen Differentiation und/oder Integration von dieser einem ersten Kanal A. Der Modulator 2 arbeitet mit Zwischenträgerwelle nach ihrer Demodulation ver- der normalen Bordfrequenz des Schiffes als Trägersorgt werden und die entstehenden weiteren Signale 60 frequenz. Außerdem liefert die Fühlvorrichtung 1 einem Modulator zugeführt werden, in dem sie zur dieses erste Signal über einen Modulator 3 zu einem Modulation der zweiten Trägerwelle verwendet wer- zweiten Kanal B. Der Modulator 3 arbeitet mit einer den. Man erhält hierdurch den wesentlichen Vorteil, Trägerfrequenz höherer Frequenz als die Borddaß der größte Teil der für die Einrichtung benötig- frequenz.

ten elektrischen Energie dem normalen Bordnetz des 65 Die Modulatoren oder Moduliereinrichtungen 2

Schiffes entnommen werden kann und daß eine rela- und 3 können mit Vorteil als Drehmelder ausgebildet tiv einfache und billige Quelle höherer Frequenz für sein, die mechanisch mit der als Geschwindigkeitsdie Rechenkanäle verwendet werden kann. Ein wei- kreisel ausgebildeten Fühlvorrichtung 1 gekoppelt

sind und in die zugeordneten Kanäle mit der betref- Welle einer Stabilisierungsflosse gekoppelt ist, steuert,

fenden Trägerfrequenz modulierte Signale eingeben. Die drehmomenterzeugende Vorrichtung dient als

Der Block 4 entspricht einem Oszillator, der den Stellglied .für die Schiffsstabilisierung, wobei im allge-

Modulator3 mit höherfrequenter Energie versorgt. meinen mehrere derartige Vorrichtungen vorgesehen

Mit 5 ist ein Demodulator bezeichnet, dem das 5 sind, die in diesem Ausführungsbeispiel über die Lei-Ausgangssignal vom Modulator 3 zugeführt wird und tungen 23 bis 25 mit den erforderlichen Steuer- bzw. an dessen Ausgang ein sich langsam änderndes Regelsignalen über entsprechende Steuer- oderRegel-(Gleichstrom) Signal auftritt, das in diesem Fall der kreise gesteuert werden können.
Schlingergeschwindigkeit Ö entspricht. Dieses Signal Der Demodulator 17 weist ferner einen Eingang wird einer Recheneinrichtung D zugeführt, die in io auf, der von einem Hochleistungs-Drehmelder 22 geparallelen Stromzweigen einen Integrator 7 zum Er- liefert wird, wobei der Drehmelder 22 die Winkelzeugen des Schlingerwinkels Θ und einen Differentia- stellung der Flossenwelle 21 fühlt und. so dem Detor zum Erzeugen der Schlingerbeschleunigung Θ modulator 17 ein entsprechendes Rückmeldesignal enthält, wobei die Größen θ und Θ weitere Schiin- aufdrückt.

gervariablen darstellen, die zur Schlingerstabjlisie- 15 Falls gewünscht wird, auch eine Schlagseitenkor-

rung benötigt werden. rektur einzuführen und bezüglich der Vertikalen zu

Nach geeigneter Einstellung (Maßstabseinstellung) stabilisieren, muß eine Bezugsgröße für die Vertikale

mit Hilfe der Potentiometer 8 und 9 werden die Si- eingegeben werden. Hierfür ist ein Pendel 11 vorge-

gnale Θ und & kombiniert und als Eingangsgröße sehen, das durch eine übliche Dämpfungseinrichtung,

einem Modulator 10 zugeführt, dessen Ausgangs- ao vorzugsweise einen Dämpfungszylinder, stark ge-

größe ein Signal mit der Frequenz der normalen dämpft ist. Dieses Pendel steuert mechanisch einen

Bordfrequenz ist, das durch das Gleichstrom-Ein- Drehmelder 12, der vom Bordnetz des Schiffes ge-

gangssignal moduliert ist. speist wird und ein elektrisches Äquivalent der Pen-

Der Ausgang des Modulators 10 wird mit dem deJbewegung liefert.

vom Kanal A kommenden Signal, das mittels des as Dieses Signal wird in einen Kanal C eingespeist

Potentiometers 14 auf den gewünschten Maßstab und ist ein Maß für die durchschnittliche Abwei-

eingestellt ist, in einer Vorrichtung 16 zu einem zu- chung des Schiffes von der Vertikalen, da sein oszil-

sammengesetzten Regel- oder Steuersignal kombi- latorischer Inhalt vernachlässigbar ist. Dieses Signal,

niert. Die Vorrichtung 16 kann mit Vorteil ein das die natürliche Schlagseite darstellt, wird nach

Wechselstrom-Summierverstärker sein. 30 Durchgang durch das zur Maßstabseinstellung die-

Das zusammengesetzte Ausgangssignal der Vor- nende Potentiometer 15 in geeigneter Weise im Verrichtung 16 steuert eine drehmomenterzeugende Vor- stärker 16 zu den anderen Funktionen addiert,
richtung 21, nachdem es durch einen Demodulator In der vorangehenden Beschreibung ist die Stabili-17 und eine Pufferstufe 18 (z. B. einen Kathoden- sierung von Schiffen mit Hilfe von Schhngerflossen oder Emitterfolger) hindurchgeleitet und dann einem 3$ der Beschreibung zugrunde gelegt worden. Die Steue-Servoventil 19 eines Pumpensystems 20 aufgedrückt rung oder Regelung kann jedoch auch bei anderen ist, wobei dieses Servoventil eine drehmomenterzeu- Arten von Stabilisiereinrichtungen mit Vorteil vergende Vorrichtung 21, die in .diesem Falle mit der wendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι - 2

   4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1

   ... bis 3, dadurch gekennzeichnet dafi zur Korrektur

   Patentansprüche: einerSchlagseitr|!ei Schiffes eine Schlagseiten-

   korrektureinrichtüng vorgesehen ist^ welche ein

   ' 1. Einrichtung zur Steuerung einer Stabilisie- 5 stark gedämpftes Pendel (11) aufweist, das mit rungseinrichtung für Schiffe, bei der eine von einem zweiten, mit der normalen Bordfrequenz einem Meßgerät ermittelte Schlingergröße als des Schiffes arbeitenden Drehmelder (12) gekoperstes. Signal verwendet wird und. weitere durch pelt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der elektrische Differentiation und/oder Integration · zum Kombinieren des ersten Signals und der erzeugte Schlingergrößen als weitere Signale ver- io weiteren Signale dienenden Mittel (16) verbunden wendet werden und bei der Mittel vorgesehen ist, so daß das Ausgangssignal des zweiten Drehsind, um das erste und die weiteren Signale zu meiders (12) ein -Bestandteil des zusammeneinem vereinigten Signal für die Steuerung der gesetzten Signals ist
   gegendrehmomenterzeugenden Mittel der Stabili-