DE19807525B4 - Einrichtung zur Bahnregelung für einen von einem Wasserfahrzeug an einer Schleppverbindung geschleppten, in seiner Horizontalbewegung nicht selbst steuerbaren oder gesteuerten Schleppanhang - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Bahnregelung für ein von einem Wasserfahrzeug an einer Schleppverbindung geschleppten, in seiner Horizontalbewegung nicht selbst steuerbaren Schleppanhang (16), bei dem aus der Position des Schleppanhangs (16) in einem Positionstransformator (18) die Bahnabweichung berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergleichspunkt (21) des Bahnabstandsreglers (11) Bahnabweichung des Schleppanhangs Y_BA zugeführt wird, wodurch das Eingangssignal für den Bahnabstandsregler (11) entsteht, der daraus ein Korrektursignal (ΔΨ_soll) des zu steuernden Kurses für das Schleppfahrzeug (15) erzeugt.

Description

• Bei der Erfindung handelt es sich um eine Einrichtung zur Führung eines von einem Wasserfahrzeug geschleppten Gegenstandes auf einer vorgegebenen Bahn, die mit Hilfe eines Sollbahngenerators und eines Positionstransformators aus der Position des Schleppanhanges im Positionstransformator die Regelgröße Bahnabstand des Schleppanhanges Y_BA berechnet und auf die Vergleichsstelle des Bahnabstandsreglers schaltet. Als Bahn wird hier die Trajektorie der Bewegung des Schleppkörperbezugspunktes in der horizontalen Ebene bezeichnet.
• Bekannt sind Regeleinrichtungen, die Wasserfahrzeuge ohne Schleppanhänge entlang vorgegebener Bahnen führen. Diese Fahrzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass sie selbst steuerbar sind und mit eigenem Antrieb ausgerüstet sind ( DE 41 10249 A1 Bahnregler für Schiffe...).
• Weiterhin sind Verfahren zur Kursregelung von selbst steuerbaren und mit Eigenantrieb versehenen Wasserfahrzeugen ohne Schleppanhang über Grund bekannt ( DE 196 25 561 A1 Verfahren zur Kursregelung von Wasserfahrzeugen über Grund).
• Bekannt sind weiterhin Bahnregler für geschleppte Geräteträger, bei denen bahngeregelte Schleppfahrzeuge selbst steuerbare Schleppanhänge verwenden, um die automatische Bahnführung der Anhangskörper zu ermöglichen (H. G. Jacob: Rechnergestützte Optimierung statischer und dynamischer Systeme, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1982, S. 68–107). Dieser Regler arbeitet als paralleler Regler zum Bahnregler des Schleppfahrzeugs, so dass keine zusätzlichen Verzögerungen eintreten.
• In einer anderen bekannten Einrichtung ist die automatische Führung einer ebenfalls selbst steuerbaren Unterwasseranordnung mittels einer magnetischen Messanordnung vorgesehen, wobei das Vorhandensein eines unter Wasser befindlichen Gegenstands, hier in Form eines metallischen Gegenstands, z.B. einer Rohrleitung oder Pipeline, vorausgesetzt wird, über die die Unterwasseranordnung geführt werden soll ( FR 2 354 589 A1 System zur automatischen Führung...). Dazu werden die Störungen der Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes durch den metallischen Gegenstand mittels Magnetometern des Typs Fluxgate erfasst und in entsprechende elektrische Signale umgeformt, die als Kommandosignale an die Steuereinrichtung der Unterwasseranordnung zu ihrer Führung entlang des Gegenstands genutzt werden.
• Des weiteren ist aus der DE 26 39 476 C2 (Vorrichtung zum Steuern bzw. Führen...) eine Vorrichtung zum Steuern bzw. Führen einer Unterwasseranordnung bekannt, die das Vorhandensein eines akustisch reflektierenden, unter Wasser befindlichen Gegenstands, z.B. eine Rohrleitung oder eine Pipeline, voraussetzt und über diesen geführt werden soll. Auf der Unterwasseranordnung sind zwei Paare von Schallwandlern befestigt, mit denen fortlaufend der Abstand zwischen den Wandlerpaaren und dem unter Wasser befindlchen Gegenstand durch Auswertung der Laufzeit zwischen dem Sendezeitpunkt eines akustischen Impulses und dem Empfangszeitpunkt des Echoimpulses gemessen wird, so dass auf der Grundlage der akustischen Laufzeitmessung eine Positionierung der Unterwasserwasseranordnung relativ zum Gegenstand vorgenommen werden kann. Die Unterwasseranordnung kann einen Eigenantrieb haben, sie wird jedoch üblicherweise durch ein auf der Wasseroberfläche fahrendes Fahrzeug (Ponton), das selbst von einem Boot geschleppt wird, gesteuert, z.B. über Schleppseile, die durch an Bord des Überwasserfahrzeugs befindliche Winden geführt werden. Die von den Wandlern empfangenen Echoimpulse werden von diesen in elektrische Ausgangssignale umgewandelt, die in einer Empfängervorrichtung selektiv aufgenommen werden und in einer mit der Empfängervorrichtung gekoppelten Aufzeichnungsvorrichtung Aufzeichnungen erzeugen, die die Position und Lage der Unterwasseranordnung relativ zum Gegenstand darstellen. Die Empfänger- und Aufzeichnungsvorrichtungen sind Teil einer auf dem Überwasserschiff installierten Navigationseinrichtung für die manuelle Führung der Unterwasseranordnung durch einen Steuermann, Operator o.ä..
• In einer anderen Einrichtung werden zur Fernüberwachung der Lage bzw. Haltung eines Unterwasser-Schleppobjekts, das über eine oder mehrere Schleppleinen durch ein Überwasser-Schleppsystem geschleppt wird, die am Angriffspunkt der Schleppleine am Schleppobjekt wirkenden Kräfte gemessen sowie die Abweichung der Schleppleine relativ zu einer Bezugachse des Schleppobjekts anhand der gemessenen Kräfte bestimmt ( DE 27 58 246 A1 Verfahren und Vorrichtung zur Fernüberwachung...). Die Darstellung der an der Schleppleine gemessenen Kräfte an einer auf dem Schleppboot befindlichen Anzeigeeinrichtung lässt auf die Lage und Richtung des Schleppobjekts bezüglich eines Unterwassergegenstands schließen, die als Information für die Ausführung entsprechender Korrekturen mittels Kursänderungen oder aber Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt des Schleppschiffes durch einen Bedienungs- oder Steuermann dienen.
• Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, ein von einem Wasserfahrzeug an einer flexiblen Schleppverbindung geschleppten und in seiner Horizontalbewegung nicht selbst steuerbaren oder gesteuerten Schleppanhang automatisch auf einer vorgegebenen Bahn zu führen, wobei dies an keine Voraussetzungen bezüglich des Vorhandenseins eines Gegenstands im Unterwasserbereich geknüpft werden soll und die ohnehin schon langsame Systemdynamik bei der Nachführung des Schleppanhangs nicht wesentlich durch die Bahnregeleinrichtung verschlechtert wird. Es soll deshalb zur Bahnregelung von in ihrer Horizontalbewegung nicht selbst steuerbaren Schleppanhängen keine Kaskadenregelung mit einem dem Bahnabstandsregler des Schleppfahrzeuges übergeordneten Bahnabstandsregler des Schleppanhanges benutzt werden, weil diese Konfiguration zu einer erheblich verzögerten Reaktion des Schleppfahrzeugs auf eine Bahnstörung des selben führt. Die Erfindung will hier eine Verbesserung schaffen, in dem ausschließlich die Bahnregelung des Schleppanhangs erfolgt und bei einer auftretenden Bahnabweichung diese direkt auf die Kursregeleinrichtung des Schleppfahrzeuges in der Weise wirkt, das diese über die Wirkungskette Schleppfahrzeug-Schleppleine – Schleppanhang zu einer schnellstmöglichen Nachführung des Schleppanhangs auf die Sollbahn führt. Damit fungiert der Kursregelkreis des Schleppfahrzeugs als ein dem Bahnregelkreis des Schleppanhangs unterlagerter Regelkreis.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, die durch die weiteren Unteransprüche präzisiert und ergänzt werden.
• Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird durch einen Sollbahngenerator, der die Schnittstelle zur Führungsebene darstellt, eine abzufahrende Bahn mit Hilfe markanter Wegpunkte vorgegeben. Die Wegpunktliste wird dem Positionstransformator und dem Sollwertgeber übergeben. Der Sollwertgeber generiert mit Hilfe der Wegpunktliste und der aktuellen Position des Schleppanhanges die zeitabhängigen Vorgabegrößen für den Bahnabstandsregler Y_soll und für den Kursregler Ψ_soll, diese werden auf die entsprechenden Vergleichsstellen geschaltet. Mit dieser Schaltung ist es möglich, krummlinige Bahnen vorzugeben, wenn die Vorgabegröße Y_soll nicht konstant und nicht null zwischen zwei abzufahrenden Wegpunkten ist.
• In einem Positionstransformator wird aus einer geeigneten Position des Schleppanhanges und der Vorgabebahnparameter (Wegpunktliste) der aktuelle Abstand des Schleppanhangs zur Sollbahn berechnet und auf die Vergleichstelle des Bahnabstandes geschaltet. Die Position des Schleppanhanges kann dabei durch ein Unterwassernavigationsverfahren in einem Relativsystem, durch ein Überwassernavigationsverfahren, aus der Summenbildung der gemessenen Position des Schleppfahrzeuges und der gemessenen Relativposition des Schleppanhanges zum Schleppfahrzeug und aus der gemessenen Position des Schleppfahrzeuges und der durch einen Beobachter ermittelten Relativposition des Schleppanhanges bestimmt werden.
• Der Bahnabstandsregler erzeugt ein Korrektur-Kurssignal ΔΨ_soll, das ebenfalls auf die Vergleichsstelle des Kursreglers geschaltet wird. An der Vergleichsstelle des Kursreglers wird die aktuelle Kursdifferenz ermittelt, die die Eingangsgröße für den Kursregler darstellt. Dieser erzeugt in der Minimalkonfiguration das Stellsignal δ_soll für die Ruderanlage, die mit der Ruderlage δ oder einer äquivalenten Größe auf das Bewegungsverhalten des Schleppfahrzeuges einwirkt.
• Die Größen des Bewegungsverhaltens des Schleppfahrzeuges, Position (φ, λ)_S und der Kurs des Schleppfahrzeuges können mit geeigneten Sensoren erfaßt werden, z.B. DGPS und Kreiselkompaß. Die Kursmeßwerte werden in bearbeiteter oder unbearbeiteter Form auf die Vergleichsstelle des Kurses geschaltet.
• In der Regel befindet sich im achteren Bereich des Schleppfahrzeuges der Fesselungspunkt x_h, des Schleppanhanges. Die Bewegungszustände des Schleppfahrzeuges setzen sich über diesen Punkt auf den Schleppanhang mit der horizontalen Länge l_h, fort. Die horizontale Länge des Schleppanhanges könnte über eine Windeneinrichtung veränderlich sein.
• Befindet sich an Bord des Schleppanhangs eine Positionsmeßeinrichtung (z.B. DGPS oder transponderbasiertes Unterwasserortungssystem), so können die gemessenen Positionsmeßwerte einerseits zur Berechnung des Bahnabstandes auf den Positionstransformator und andererseits auf den Sollwertgeber zur Berechnung der zeitabhängigen Reglersollwerte geschaltet werden.
• Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Dynamik des Schleppsystems verbessert werden indem:
• 1) der Bahnabstandsregler des Schleppanhangs ein Korrektursignal des Führungskurses erzeugt und direkt auf die Vergleichsstelle der Kursreglers schaltet
• 2) ein Driftkorrekturwert β auf die Vergleichsstelle des Kursreglers geschaltet wird,
• 3) zwischen Kursregler und Ruderanlage ein Kurswinkelgeschwindigkeitsregler geschaltet wird und
• 4) die Parameter der Regler mit Hilfe einer Adaptionseinrichtung an die aktuellen Schleppzustände angepaßt werden.
• Im Ausführungsbeispiel wird auf die Verbesserungen der oben beschriebenen Minimalkonfiguration näher eingegangen.
• Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
• 1: Prinzipskizze der horizontalen Schiffsbewegung mit passiven Schleppanhang
• 2: Blockbild der Einrichtung zur Bahnregelung in der Minimalkonfiguration
• 3: Blockbild der Einrichtung zur Bahnregelung im Ausführungsbeispiel
• 4: Vektordreiecke zur Ermittlung der Driftkorrektur
• a) Ermittlung der Drift (passives Stromdreieck)
• b) Kompensation der Drift (aktives Stromdreieck)
• 1 zeigt das Schleppsystem mit passivem Schleppanhang 16 in der Draufsicht nach Einleitung eines Backbordrudermanövers. Der Schleppanhang 16 ist als punktförmiger Körper am Ende der Schleppverbindung dargestellt. Die Winkel sind zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt.
• In 2 ist die Einrichtung dargestellt, die eine Bahnregelung eines Schleppanhangs, der von einem Wasserfahrzeug gezogen wird, realisiert. 3 zeigt eine verbesserte Bahnregeleinrichtung für einen Schleppanhang, die gleichzeitig das Ausführungsbeispiel darstellt.
• Der Sollbahngenerator 10 stellt die Schnittstelle zu einer übergeordneten Führungsebene dar. Er generiert eine verarbeitbare Wegpunktliste der durch den Schleppanhang abzufahrenden Bahn und legt diese auf einen geeigneten Datenspeicher, auf den Sollwertgeber 20 und Positionstransformator 18 zugreifen können.
• Der Sollwertgeber 20 hat die Aufgabe, die zeitabhängigen Reglersollwerte für den Bahnabstandsregler Y_soll und für den Kursregler Ψ_soll aus der in einem Datenspeicher abgelegten Wegpunktliste zu erzeugen. Die dazu benötigte Position des Schleppanhangs wird durch den Positionstransformator 18 bereitgestellt. Die Position des Schleppanhangs kann aber auch bei direkter Messung mit einem geeigneten Sensor (DGPS, Unterwasserortungssystem o.a.) auf dem Schleppanhang 16 bereitgestellt werden. Bei bekannten Störeinflüssen kann ein simulierter Bahnverlauf des Schleppanhangs ebenfalls in die Erzeugung der Reglersollgröße Y_soll einfließen, so daß sie nicht konstant und nicht gleich null sein muß. Die Reglersollgröße Y_soll wird auf die Vergleichsstelle 21 des Bahnabstandsreglers und die Reglersollgröße Ψ_soll auf die Vergleichsstelle 22 des Kursreglers geschaltet.
• Der Bahnabstandsregler 11, im Ausführungsbeispiel ausgelegt als adaptiver PID-Regler, kann als P-, PI, oder PID-Regler in adaptiver oder robuster Bauart ausgelegt werden. Er erzeugt aus dem Differenzsignal der Vergleichsstelle 21 eine Korrekturgröße ΔΨ_soll für den Kursregler, die ebenfalls auf die Vergleichsstelle 22 des Kursreglers geschaltet wird.
• Aus der Vergleichsstelle 22 erhält der Kursregler 12, im Ausführungsbeispiel ein adaptiver PI-Regler, der als P-, PI- oder PID-Regler in adaptiver oder robuster Bauart ausgelegt sein kann, einen Kursdifferenzwert und erzeugt damit einen Vorgabewert r_soll für den Kurswinkelgeschwindigkeitsregler 13, der auf die entsprechende Vergleichsstelle 23 geschaltet wird. Es ist möglich, eine Bahnregelung auch ohne unterlagerter Kurswinkelgeschwindigkeitsregelung (Minimalkonfiguration siehe 2) durchzuführen, dann erzeugt der Kursregler 12 ein Vorgabesignal δ_soll für die Ruderanlage 14.
• Die im Ausführungsbeispiel der Kursregelung unterlagerte Kurswinkelgeschwindigkeitsregelung hat den Vorteil, daß die durch den Schleppprozeß verursachte Schwingungsfähigkeit des Schleppfahrzeugkurses gedämpft wird und der Kursregelprozeß von den dynamischen Einwirkungen des Schleppanhangs entkoppelt wird. Die Vergleichsstelle 23 erzeugt aus der Vorgabegröße r_soll und der durch einen geeigneten Sensor gemessenen Kurswinkelgeschwindigkeit r des Schleppfahrzeuges, die bearbeitet oder unbearbeitet sein kann, ein Differenzsignal, das auf den Kurswinkelgeschwindigkeitsregler 13 geschaltet wird. Analog zu der gemessenen Kurswinkelgeschwindigkeit kann ein durch ein Differenzierglied aus dem Kurssignal Ψ erzeugtes Signal r auf die Vergleichsstelle 23 zur Differenzbildung geschaltet werden.
• Der Kurswinkelgeschwindigkeitsregler 13, hier als adaptiver PID-Regler ausgeführt, kann als P-, PI- oder PID-Regler in adaptiver oder robuster Bauart ausgelegt sein und erzeugt aus dem Differenzsignal der Vergleichsstelle 23 das Vorgabesignal δ_soll für die Ruderanlage 14.
• Die Ruderanlage 14, im Ausführungsbeispiel als herkömmliche Anlage mit einem Ruder ausgelegt, die auch eine andere äquivalente Stelleinrichtung sein kann, erzeugt das Stellsignal δ für das Kursverhalten des Schleppfahrzeuges 15.
• Der Block 15 stellt das Schleppfahrzeug dar und beschreibt das gesamte Bewegungsverhalten des Schleppfahrzeuges und der darauf befindlichen Einrichtungen. Auf ihm befinden sich u.a. Sensoren für seine Position (φ, λ)_S, den Kurs Ψ, der Kurswinkelgeschwindigkeit r, Sensoren der Längs- und Quergeschwindigkeit v_x, v_y und der Sensor zur Bestimmung der Relativposition des Schleppanhanges (E_A, P_A) (z.B. hydroakustisches Meßsystem). Der Sensor zur Bestimmung der Relativposition des Schleppanhangs kann durch einen Beobachter ersetzt werden, der aus den Abmessungs- und Bewegungsgrößen des Schleppfahrzeuges unter Zuhilfenahme der horizontalen Schleppanhangslänge l_h, die Relativposition des Schleppanhanges (E_A, P_A) bestimmt. Das geeignete Signal der Kurswinkelgeschwindigkeit wird auf die Vergleichsstelle 23, das geeignete Signal des Kurses Ψ auf die Vergleichsstelle 22 und auf den Positionstransformator 18, das geeignete Positionssignal (φ, λ)_S und das relative Positionssignal des Schleppanhangs (E_A, P_A) werden ebenfalls auf den Positionstransformator 18 und die Geschwindigkeiten in Längsrichtung v_x und in Querrichtung v_y werden auf einen Driftkorrekturblock geschaltet. Das Bewegungsverhalten des Schleppfahrzeuges wird über den Fesselungspunkt x_h, auf den Schleppanhang 16 übertragen.
• Der Schleppanhang 16, dessen Bewegungsverhalten maßgeblich von der horizontalen Länge des Schleppanhangs l_h, abhängt (Distanz vom Fesselungspunkt x_h bis zum Bezugspunkt des Schleppanhangs (φ, λ)_A in der Horizontalebene), führt Bewegungen relativ zum Schleppfahrzeug aus, die von einem geeigneten Sensor auf dem Schleppfahrzeug 15 (Unterwasserortungssystem oder Radar) gemessen werden können. Die horizontale Länge des Schleppanhanges kann auch aus der Länge der Schleppverbindung berechnet werden.
• Ein Driftkorrekturblock 17 erzeugt nach der Vorschrift

  

  aus den gemessenen Geschwindigkeiten des Schleppfahrzeuges in Längsrichtung v_x und Querrichtung v_y ein Driftwinkel β, der auf die Vergleichsstelle 22 des Kurses geschaltet wird. Das Hinzuschalten einer Baugruppe zur Driftkorrektur führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Bahnregeleigenschaften gegenüber der Minimalkonfiguration bei geringen Schleppgeschwindigkeiten und starken Störeinflüssen. Analog zu der im Ausführungsbeispiel aufgeführten Bestimmung der Driftkorrektur β können andere Lösungen genutzt werden:
• 1) Bestimmung der Drift aus Modellrechnung nach Messung der Ruderlage δ und/oder Parameter der Störeinflüsse (Windrichtung Φ_W und -geschwindigkeit v_W, Stromrichtung Φ_St und -geschwindigkeit v_St): β = β(δ) + β(vW, ΦW) + β(vSt, ΦSt) (2)
• 2) Bestimmung der Drift aus gemessenem Kurs Ψ und gemessenem Bahnwinkel Φ (Kurs über Grund) des Schleppfahrzeuges: ß = Φ – Ψ (3)
• 3) Bestimmung der Drift aus dem gemessenen und mit einem Modell berechneten ungestörten Bahnwinkel: β = Φ – ΦModell(δ) (4)
• Der Positionstransformator 18 berechnet im Ausführungsbeispiel zunächst aus den geeigneten Meßdaten Kurs Ψ, Position des Schleppfahrzeuges (φ, λ)_S und der Relativposition mit Entfernung und Peilung des Schleppanhangs in der Horizontalebene (E_A, P_A), die auf dem Schleppfahrzeug bereitgestellt werden, die Position des Schleppanhangs (φ, λ)_A. Diese kann analog durch einen geeigneten Sensor auf dem Schleppanhang bereitgestellt werden. Die Position des Schleppanhangs 16 wird dem Sollwertgeber 20 bereitgestellt. Ebenfalls berechnet der Positionstransformator 18 aus der Position des Schleppanhangs und der bereitgestellten Wegpunktliste einen Abstand Y_BA von der Sollbahn. Dieser wird auf die Vergleichsstelle 21 des Bahnabstandes geschaltet.
• Eine Adaptionseinrichtung 19, die im Ausführungsbeispiel die Reglerparameter in Abhängigkeit von Schleppgeschwindigkeit v_x, Schleppanhangslänge l_h und Zugkraft Fz der Schleppverbindung berechnet, diese werden von geeigneten Sensoren auf dem Schleppfahrzeug bereitgestellt, stellt die Parameter der Teilregler 11–13 ein. Die Adaptionseinrichtung kann analog durch einen Identifikator zur Bestimmung der notwendigen Reglerparameter aus den Meßdaten von Schleppfahrzeug, Ruderanlage und Schleppanhang oder einer anderen geeigneten Adaptionseinrichtung ersetzt werden, sofern adaptive Teilregler 11–13 genutzt werden.

10

Sollbahngenerator

11

Bahnabstandsregler

12

Kursregler

13

Kurswinkelgeschwindigkeitsregler

14

Block für Ruderanlage oder vergleichbare Kursstelleinrichtung

15

Schleppfahrzeug

16

Schleppanhang

17

Driftkorrekturblock

18

Positionstransformator

19

Adaptionseinrichtung

20

Sollwertgeber

21

Vergleichsstelle des Bahnabstandsreglers

22

Vergleichsstelle des Kursreglers

23

Vergleichsstelle des Kurswinkelgeschwindigkeitsreglers

• Symbole

• β

  – Driftkorrekturwert

  β_S

  – Gierwinkel des Schiffes

  DGPS

  – Differential Global Positioning System

  δ

  – Ruderlage

  δ_soll

  – Vorgabegröße für Ruderlage

  E_A

  – Entfernung des Schleppkörpers vom Relativsensor

  F_Z

  – Zugkraft des Schleppanhangs an der Aufhängung

  (φ, λ)_A

  – Position des Schleppanhangs (-körpers)

  (φ, λ)_S

  – Position des Schleppfahrzeuges

  Φ

  – Bahnwinkel, Kurs über Grund

  Φ_St

  – Stromrichtung

  Φ_W

  – Windrichtung

  γ

  – horizontaler Ablaufwinkel der Schleppverbindung

  ΔΨ

  – Kursdifferenz zum Bezugsbahnwinkel

  ΔΨ_soll

  – Korrektursignal für Kursvorgabegröße

  Ψ

  – Kurs des Schleppfahrzeuges

  Ψ_soll

  – Vorgabegröße des Kurses vom Sollwertgeber

  l_h

  – horizontale Länge des Schleppanhangs

  N

  – Nordrichtung im erdfesten Bezugssystem

  P_A

  – Peilung des Schleppkörpers im Relativsystem

  r

  – Kurswinkelgeschwindigkeit

  r_soll

  – Vorgabegröße der Kurswinkelgeschwindigkeit

  v

  – Geschwindigkeit des Schleppfahrzeuges über Grund

  v_d

  – Vektor der Gesamtdriftgeschwindigkeit

  v_St

  – Geschwindigkeit des Stromes

  v_W

  – Windgeschwindigkeit

  v_Wasser

  – Geschwindigkeit des Schleppfahrzeuges durchs Wasser

  v_x

  – Geschwindigkeit in Längsrichtung

  v_y

  – Geschwindigkeit in Querrichtung

  x_h

  – Fesselungspunkt des Schleppanhangs am Schleppfahrzeug

  Y_BA

  – Bahnabstand des Schleppanhangs

  Y_BH

  – Bahnabstand des Fesselungspunktes

  Y_BS

  – Bahnabstand des Schleppfahrzeuges

  Y_soll

  – Vorgabegröße des Bahnabstandes des Schleppanhangs vom Sollwertgeber

Claims (8)

1. Einrichtung zur Bahnregelung für ein von einem Wasserfahrzeug an einer Schleppverbindung geschleppten, in seiner Horizontalbewegung nicht selbst steuerbaren Schleppanhang (16), bei dem aus der Position des Schleppanhangs (16) in einem Positionstransformator (18) die Bahnabweichung berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergleichspunkt (21) des Bahnabstandsreglers (11) Bahnabweichung des Schleppanhangs Y_BA zugeführt wird, wodurch das Eingangssignal für den Bahnabstandsregler (11) entsteht, der daraus ein Korrektursignal (ΔΨ_soll) des zu steuernden Kurses für das Schleppfahrzeug (15) erzeugt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionssignal des Schleppanhangs (16) aus den gemessenen Größen Position des Schleppfahrzeuges (φ, λ)_S, Kurs des Schleppfahrzeuges Ψ und der Relativposition des Schleppanhanges zum Schleppfahrzeug (E_A, P_A) berechnet wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Relativpositionssignal aus den Abmessungsgrößen des Schleppsystems und den Bewegungsgrößen des Schleppfahrzeug (15) mit Hilfe eines Beobachten errechnet wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kursregler (12) ein Stellsignal δ_soll erzeugt, das auf eine Ruderanlage (14) zur Kurssteuerung des Schleppfahrzeges (15) geschaltet wird.
5. Einrichtung nach Anspuch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kursregler (12) ein Signal r_soll erzeugt, welches auf einem Vergleichspunkt (23) geschaltet mit einem geeigneten Meßsignal der Kurswinkelgeschwindigkeit r ein Eingangssignal für einen Kurswinkelgeschwindigkeitsregler (13) erzeugt, der seinerseits das Stellsignal δ_soll für die Ruderanlage (14) erzeugt und auf diese schaltet.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Kurswinkelgeschwindigkeit r mit Hilfe eines Differenziergliedes aus dem geeigneten Kurssignal Ψ des Schleppfahrzeuges erzeugt und auf die entsprechende Vergleichsstelle (23) geschaltet wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer Vergleichsstelle (22) des Kursreglers (12) ein Driftkorrektursignal β zugeschaltet wird, das in einem Driftkorrekturblock (17) wie folgt ermittelt wird: aus der gemessenen Geschwindigkeit des Schleppfahrzeuges (15) in Querrichtung v_y und in Längsrichtung v_x:

   

   aus einer Modellrechnung nach Messung der Ruderlage δ und/oder Parameter der Störeinflüsse (Windrichtung Φ_W und -geschwindigkeit v_W, Stromrichtung Φ_St und -geschwindigkeit v_St): β = β(δ) + β(v_W, Φ_W) + β(v_St, Φ_St) Bestimmung der Drift aus gemessenem Kurs Ψ und gemessenem Bahnwinkel Φ (Kurs über Grund) des Schleppfahrzeuges: β = Φ – Ψ Bestimmung der Drift aus dem gemessenen und mit einem Modell berechneten Bahnwinkel: β = Φ – Φ_Modell(δ)
8. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Reglerparameter der Teilregler (11–13) durch eine Adaptionseinrichtung (19) in Abhängigkeit der Schleppzustände Schleppgeschwindigkeit v_x, Schleppanhangslänge l_h (oder einer vergleichbaren Größe) und/oder Zugkraft F_z eingestellt werden können.