NO125088B

NO125088B -

Info

Publication number: NO125088B
Application number: NO4198/68A
Authority: NO
Inventors: A Tann; D Barry
Original assignee: Muirhead & Co Ltd
Priority date: 1967-10-24
Filing date: 1968-10-23
Publication date: 1972-07-17
Also published as: BE722854A; US3557734A; JPS4910477B1; GB1210373A; FR1589787A; DE1804501B2; NL143053B; DE1804501A1; NL6815110A

Description

Stabiliseringsstyresystem for skip. Stabilization control system for ships.

Foreliggende oppfinnelse vedrører stabiliseringsstyresystem for skip hvor en rullestørrelse, f.eks. rullehastigheten, bestemt ved hjelp av en måleenhet, f.eks. et gyroskop, nyttes som første signal og ytterligere rullestørrelser, f.eks. rullevinkelen og rulleakselerasjonen, frembrakt ved hjelp av elektrisk differensiering og/eller integrering, nyttes som ytterligere signaler, og hvor det er tilveiebrakt en innretning for å kombinere det første og de ytterligere signaler til et sammensatt signal for styring av stabiliseringssystemets kontravridningsfrembringende innretning, og hvor styresystemet har en første kanal som får tilført en første bærebølge med frekvens tilsvarende frekvensen til skipets normale elektrisitetsforsyning, hvilken første bærebølge blir modulert med det første signal, og en andre kanal som ved sin utgang leverer en andre bærebølge med samme frekvens som den første bærebølge. The present invention relates to a stabilization control system for ships where a roll size, e.g. the rolling speed, determined using a measuring unit, e.g. a gyroscope, is used as the first signal and further roll sizes, e.g. the roll angle and the roll acceleration, generated by means of electrical differentiation and/or integration, are used as additional signals, and where a device is provided for combining the first and the additional signals into a composite signal for controlling the anti-twist generating device of the stabilization system, and where the control system has a first channel which receives a first carrier wave with a frequency corresponding to the frequency of the ship's normal electricity supply, which first carrier wave is modulated with the first signal, and a second channel which at its output delivers a second carrier wave with the same frequency as the first carrier wave.

Ved kjente stabiliseringsstyresystemer for skip hvor In the case of known stabilization control systems for ships where

det nyttes vekselstrømsbærebølge, har det vært godkjent praksis å nytte en felles bærebølgefrekvens i hele kontrollsystemet. Av og til er denne frekvens oppnådd som nettfrekvens fra skipets elektrisitetsforsyning, eller den kan være oppnådd som en høyere frekvens fra et spesielt hjelpeaggregat tilveiebrakt for styresystemet. an alternating current carrier wave is used, it has been approved practice to use a common carrier frequency in the entire control system. Occasionally this frequency is obtained as a mains frequency from the ship's electricity supply, or it may be obtained as a higher frequency from a special auxiliary unit provided for the steering system.

I det foregående tilfelle bevirker de forholdsvis lave verdier av nettfrekvensen (vanligvis 5o eller 60 perioder pr. sek.) følgende vanskeligheter: I de forskjellige elektriske kretser er det nødvendig med høyverdikondensatorer hvilket igjen fører til en uønsket tendens til frembringelse av faseforskyvning. Dette be-grenser utformningsmulighetene for styresystemets kretser og kan ha en ugunstig virkning på operasjonen av stabilisatoren som et hele. In the previous case, the relatively low values of the mains frequency (usually 5o or 60 periods per sec.) cause the following difficulties: In the various electrical circuits, high-value capacitors are required, which in turn leads to an undesirable tendency to produce phase shift. This limits the design options for the control system's circuits and can have an unfavorable effect on the operation of the stabilizer as a whole.

I siste tilfelle når det er tilveiebrakt en spesiell generator for styresystemet som et hele, er generatoren nødvendig-vis stor og kostbar. In the latter case, when a special generator is provided for the control system as a whole, the generator is necessarily large and expensive.

Det er videre ved kjente stabilisatorer, spesielt finne-stabilisatorer for stabilisering av rulling, alminnelig praksis å nytte to gyroskopelementer som rullefølsomme avfølingsinnretninger, av hvilke en avføler rullevinkelen 0 og den andre rullehastigheten . Da gyroskopiske elementer er forholdsvis komplekse apparatstyk-ker, er det en fordel å nytte et enkelt gyroskopelement for å oppnå en av de variable som er nødvendig for stabiliseringsformål samt å oppnå den gjenværende variable ved å effektuere den nødvendige in-tegrasjon og/eller differensering på denne etter behov. F.eks. hvis det eneste gyroskopiske element viser , kan de gjenværende variable 0 og 9 oppnås ved respektiv integrering og differensiering av denne. Styresystemer som opererer på denne basis er vel kjent, men slike beregninger blir ikke lett og tilfredsstillende utført i syste-mer med en bærebølge med frekvens tilsvarende frekvensen i skipets normale elektrisitetsforsyning av de ovennevnte grunner. Furthermore, with known stabilizers, especially fin stabilizers for stabilizing roll, it is common practice to use two gyroscope elements as roll-sensitive sensing devices, one of which senses the roll angle 0 and the other the roll speed. As gyroscopic elements are relatively complex pieces of equipment, it is an advantage to use a single gyroscope element to achieve one of the variables that is necessary for stabilization purposes and to achieve the remaining variable by effecting the necessary integration and/or differentiation on this as needed. E.g. if the only gyroscopic element shows , the remaining variables 0 and 9 can be obtained by respective integration and differentiation of this. Control systems that operate on this basis are well known, but such calculations are not easily and satisfactorily carried out in systems with a carrier wave with a frequency corresponding to the frequency of the ship's normal electricity supply for the reasons mentioned above.

Når kun en høyere frekvens blir nyttet, blir generatoren stor og kostbar slik som nevnt i det foregående. When only a higher frequency is used, the generator becomes large and expensive as mentioned above.

Formålet ved den foreliggende oppfinnelse er å overvinne de ovennevnte ulemper ved kjente styresystemer for stabilisering av The purpose of the present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages of known control systems for stabilization of

skip hvor det nyttes bare en enkelt bærebølgefrekvens. ships where only a single carrier frequency is used.

Et videre formål ved den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et styresystem hvor det kan nyttes svakstrøm og følge-lig et lite og rimelig hjelpeutstyr for høyfrekvensforskyvning for å oppnå et stabilisatorstyresystem som ikke har de nevnte ulemper. A further object of the present invention is to provide a control system where low current can be used and consequently a small and affordable auxiliary equipment for high frequency displacement to achieve a stabilizer control system which does not have the aforementioned disadvantages.

Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at det i et stabiliseringsstyresystem for skip som innledningsvis nevnt, tilfø-res ved den andre kanals inngang en overgangsbærebølge med en frekvens høyere enn frekvensen til skipets normale elektrisitetsforsyning (f.eks.400 cyk/sek), som blir modulert med det første signal, og at innretningen for elektrisk differensiering og/eller integrering blir matet med det ved demodulering av bærebølgen resulterende signal, og at de fra nevnte innretninger for differensiering og/eller integrering ytterligere . oppnådde signaler blir tilført en modulator i hvilken de nyttes for modulering av den andre bærebølge med frekvens i den første bærebølge. According to the invention, this is achieved by the fact that in a stabilization control system for ships as mentioned at the outset, a transitional carrier wave with a frequency higher than the frequency of the ship's normal electricity supply (e.g. 400 cyc/sec) is supplied at the entrance of the second channel, which becomes modulated with the first signal, and that the device for electrical differentiation and/or integration is fed with the signal resulting from demodulation of the carrier wave, and that from said devices for differentiation and/or integration further . obtained signals are supplied to a modulator in which they are used for modulating the second carrier wave with the frequency of the first carrier wave.

Det foreliggende styresystem er således meget velegnet for bruk i forbindelse med en enkel avfølingdnnretning for frembringelse av et signal som korresponderer med en rulle-variabel, og en beregningsinnretning for derivering fra den avgitte rulle-variable, et signal som korresponderer med andre rulle-variable som måtte væ-re nødvendig for å bevirke stabilisering. Det er videre ifølge oppfinnelsen frembrakt et stabiliseringsstyresysoem som omfatter en enkel avfølingsinnretning for frembringelse av (Tet første signal, og hvor den andre Isial omfatter en modulatorinnretning beregnet til å operere med den andre bærebølge med en høyere frekvens, idet modulatorinnretningen er koplet til avfølingsinnretriingen slik at ved bruk, er modulatorinnretningens utgang et signal med høyere frekvens modulert med det første signal, samt at innretningene for elektrisk differensiering og/eller integrering er koplet til modulatorinnretningen. The present control system is thus very suitable for use in connection with a simple sensing device for generating a signal that corresponds to a roll variable, and a calculation device for deriving from the given roll variable, a signal that corresponds to other roll variables which had to be necessary to effect stabilization. Furthermore, according to the invention, a stabilization control system has been developed which comprises a simple sensing device for generating the first signal, and where the second signal comprises a modulator device designed to operate with the second carrier wave at a higher frequency, the modulator device being connected to the sensing input so that in use, the output of the modulator device is a signal with a higher frequency modulated with the first signal, and that the devices for electrical differentiation and/or integration are connected to the modulator device.

Føleinnretningen kan være et gyroskopisk element som avføler f.eks. rullehastigheten § . I dette tilfelle kan beregnings-innretningen innkorperere en integrator for å tilveiebringe rullevinkelen 6 og en cfifferensiator for å tilveiebringe rulleakselerasjonen 9 idet størrelsene 9, Q og 9 er rullevariable som vanligvis nyttes for stabiliseringsformål. The sensing device can be a gyroscopic element that senses e.g. the rolling speed § . In this case, the calculation device can incorporate an integrator to provide the roll angle 6 and a cdifferentiator to provide the roll acceleration 9, the quantities 9, Q and 9 being roll variables usually used for stabilization purposes.

Ved bruk av et stabilisatorstyresystem med en kanal som opererer med en frekvens tilsvarende frekvensen til et skips normale elektrisitetsforsyning og en kanal som opererer med en høyere frekvens, utnyttes både utformningsfordelene som er forbundet med høyere frekvenser samt det hensiktsmessige ved å få tilført kraft med samme frekvens som skipets elektrisitetsforsyning. Using a stabilizer control system with one channel operating at a frequency similar to the frequency of a ship's normal electricity supply and one channel operating at a higher frequency utilizes both the design advantages associated with higher frequencies as well as the convenience of being supplied with power at the same frequency as the ship's electricity supply.

Den høyere frekvens blir hensiktsmessig oppnådd fra en 400 cyk/sek. oscillator. The higher frequency is conveniently obtained from a 400 cyc/sec. oscillator.

For den situasjon hvor det er antatt nødvendig å stabilisere omkring vertikalen i motsetning til stabilisering om enhver retning av krengning som kan være tilstede, innføres det ved den foreliggende oppfinnelse en dempet pendel for å påvise en midlere rullevinkel. Denne midler vinkel er innkorporert i stabiliserings-systemet i korrekt retning. For the situation where it is thought necessary to stabilize about the vertical as opposed to stabilizing about any direction of roll that may be present, the present invention introduces a damped pendulum to demonstrate a mean roll angle. This mean angle is incorporated into the stabilization system in the correct direction.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen som skjematisk viser et diagram av et styresystem ifølge oppfinnelsen samt at de karakteristiske trekk ved denne fremgår av de etterfølgende krav. I følgende viste utførelsesform tilføres en avfølingsinnretning 1 et signal som korresponderer med en rulle-variabel (0 i foreliggende utførelsesform) via en modulatorinnretning 2 beregnet til å operere med en bærebølge med frekvens tilsvarende frekvensen til skipets normale elektrisitetsforsyning, til en første kanal A, og via en modulatorinnretning 3 beregnet til å operere med en bærebølge med høyere frekvens, til en andre kanal B. The invention shall be described in more detail with reference to the drawing which schematically shows a diagram of a control system according to the invention and that the characteristic features thereof appear from the following claims. In the embodiment shown below, a signal corresponding to a rolling variable (0 in the present embodiment) is supplied to a sensing device 1 via a modulator device 2 designed to operate with a carrier wave with a frequency corresponding to the frequency of the ship's normal electricity supply, to a first channel A, and via a modulator device 3 designed to operate with a higher frequency carrier wave, to a second channel B.

Modulatorinnretningen 2 og 3 kan være synkro-transmitte-re mekanisk koplet til en hastighetsgyro 1. Enheten 4 er en oscillator for tilførsel av høyfrekvens til synkrotransmitteren 3« Enheten 5 er en demodulator ved hvis utgang det frembringes et sakte varie-rende (likestrøm) signal som i dette tilfelle korresponderer med rullehastigheten 0 . Dette signal blir matet til en beregningsinnretning D omfattende en integrator 7 for frembringelse av rullevinkelen 0 og en differensiator 6 for frembringelse av rulleakselerasjonen 0 , idet størrelsene 0 og G utgjør de videre rullevariable som er nødvendige for å bevirke stabilisering. Etter en hensiktsmessig gradering ved hjelp av potensiometre 8 og 9i blir signalene 0 og 0 kombinert og matet som inngangseffekt til en modulator 10 hvis utgangseffekt er et signal med frekvens tilsvarende frekvensen til skipets normale elektrisitetsforsyning og modulert av likestrøms-inngangssignalet. The modulator devices 2 and 3 can be synchro transmitters mechanically connected to a speed gyro 1. The unit 4 is an oscillator for supplying high frequency to the synchro transmitter 3. The unit 5 is a demodulator at the output of which a slowly varying (direct current) signal is produced which in this case corresponds to the rolling speed 0 . This signal is fed to a calculation device D comprising an integrator 7 for producing the roll angle 0 and a differentiator 6 for producing the roll acceleration 0 , the quantities 0 and G constituting the further roll variables necessary to effect stabilization. After an appropriate grading by means of potentiometers 8 and 9i, the signals 0 and 0 are combined and fed as input power to a modulator 10 whose output power is a signal with a frequency corresponding to the frequency of the ship's normal electricity supply and modulated by the direct current input signal.

Modulatorens 10 utgangssignal blir kombinert med signalet fra kanal A, hensiktsmessig gradert av potensiometeret 14, i en innretning 16 for frembringelse av et sammensatt styresignal, hvilken innretning kan være en vekselstrømssummeringsforsterker. The output signal of the modulator 10 is combined with the signal from channel A, appropriately graded by the potentiometer 14, in a device 16 for generating a composite control signal, which device can be an alternating current summing amplifier.

Det sammensatte styresignal fra innretningen 16 styrer en vridningsfrembringende innretning 21 etterat det er ført gjennom en demodulator 17 og et bufferarrangement 18 (dvs. en katodefølger, emitterfølger) til en servoventil 19 for et pumpesystem 20 som kon-trollerer den vridningsfrembringende innretning 21 (f.eks. en finne-aksel). The composite control signal from the device 16 controls a twist-producing device 21 after it has been passed through a demodulator 17 and a buffer arrangement 18 (i.e. a cathode follower, emitter follower) to a servo valve 19 for a pump system 20 which controls the twist-producing device 21 (e.g. e.g. a fin shaft).

Demodulatoren 17 blir også forsynt med et inngangssignal fra en heavy-duty tilbakeføringssynkrotransmitter 22 som overvåker finne-akselens 21 vinkelstilling. The demodulator 17 is also provided with an input signal from a heavy-duty feedback synchro transmitter 22 which monitors the angular position of the fin shaft 21.

Hvor det er ønskelig å stabilisere omkring vertikalen istedenfor om skipets naturlige krengning, må det tilveiebringes en vertikal referanse, og for dette formål er det inkorporert en pendel 11 som er sterkt dempet ved hjelp av konvensjonelle sving-ningsdempere for mekanisk å kontrollere en synkroemitter 12 som energiseres fra skipets elektrisitetsnett og som således tilveie-bringer den elektriske ekvivalent av pendelens bevegelse. Where it is desired to stabilize about the vertical rather than about the ship's natural roll, a vertical reference must be provided, and for this purpose a pendulum 11 is incorporated which is heavily damped by means of conventional vibration dampers to mechanically control a synchro emitter 12 which is energized from the ship's electricity network and thus provides the electrical equivalent of the pendulum's movement.

Signalet karakteriserer skipets midlere avvikelse fra vertikalen ettersom signalets svingninger kan sees bort fra. Signalet som representerer en naturlig krengning blir hensiktsmessig tilføyd de andre funksjonene ved forsterkeren 16 etter å ha pas-sert gjennom graderingspotensiometeret 16. The signal characterizes the ship's mean deviation from the vertical, as the signal's fluctuations can be disregarded. The signal representing a natural roll is suitably added to the other functions of the amplifier 16 after passing through the grading potentiometer 16.

I det foregående er stabilisering av skip ved hjelp av finner benyttet som basis for beskrivelsen, men fremgangsmåten for styring kan anvendes også for enhver annen form for stabilisatorer. In the foregoing, stabilization of ships by means of fins has been used as the basis for the description, but the method of steering can also be used for any other form of stabilizers.

Claims

1. Stabilization steering systems for ships where a roll size, e.g. the rolling speed, determined using a measuring unit, e.g. a gyroscope, is used as the first signal and further roll sizes, e.g. the roll angle and the roll acceleration, generated by means of electrical differentiation and/or integration, are used as additional signals, and where a device is provided for combining the first and the additional signals into a composite signal for controlling the anti-twist generating device of the stabilization system, and where the control system has a first channel which receives a first carrier wave with a frequency corresponding to the frequency of the ship's normal electricity supply, which first carrier wave is modulated with the first signal, and a second channel which at its output delivers a second carrier wave with the same frequency as the first carrier wave, characterized in that a transitional carrier wave with a frequency higher than the frequency of the ship's normal electricity supply (e.g. 400 cyc/sec.) is supplied at the second channel's B input, which is modulated with the first signal, and that the device (6, 7 ) before electrical differentiation and/or integration is fed with d a signal resulting from demodulation of the carrier wave, and that the further signals obtained from the devices (6, 7) are supplied to a modulator (10) in which they are used for modulation of the second carrier wave with a frequency equal to the first carrier wave.

2. Stabilization control system for ships according to claim 1, characterized in that it further comprises a simple sensing device (1) for generating the first signal, that the second channel B comprises a modulator device (3) intended to operate with the second carrier wave with a higher frequency, the modulator device (3) being connected to the sensing device (1) so that in use the output of the modulator device (3) is a signal with a higher frequency modulated with the first signal, and the devices (6, 7) are connected to the modulator device (3).

3" Stabilization control system for ships according to claim 2, in which the sensing device is a speed gyroscope, so that the first roll variable is 9, and where the modulator device comprises a first synchrobraEmitter connected to the gyroscope, characterized in that the devices (6, 7) comprise an integrator ( 7) and a differentiator (6) for generating from Q the further respective rolling variables 9 and 9 , the calculation device D is connected to the first synchro transmitter via a demodulator (5) and is connected to the device (16) for combining of the first and second control signal via a modulator (lo) for operation at the frequency of the ship's normal electricity supply. 4" Stabilization control system for ships according to any of claims 1-3" and further comprising a device for correcting cf a heeling of the ship that may be present, characterized in that the heeling correcting device comprises one heavily damped pendulum (11) coupled to a second synchro transmitter (12) for operation at the frequency of the ship's normal electricity supply, the second synchro transmitter's output power being coupled to the input of the device (16) to combine the first and second control signals so that the output signal from the second synchro transmitter ( 12) becomes part of the composite control signal.