Вестник МГТУ. 2018, №4.

Вестник МГТУ. 2018. Т. 21, № 4. С. 577-586. DOI: 10.21443/1560-9278-2018-21-4-577-586 УДК 519.8:656.618.1.052 С. В. Пашенцев Управление процессом буксировки танкера посредством регулирования натяжения троса Автоматическое управление процессом буксировки осуществляется посредством воздействия на него управляемого параметра - натяжения троса, которое изменяется в зависимости от кинематических параметров движения судна. В качестве источника формирования управляющего сигнала можно выбрать различные кинематические характеристики движения буксируемого судна: угол отклонения буксирного троса от диаметральной плоскости (ДП); угол дрейфа; угловую скорость поворота судна при буксировке. В ходе исследования осуществлен доказательный выбор конкретной управляющей характеристики. С помощью указанной характеристики (при необходимости и ее производной) определяется закон управления, устраняющий устойчивые или развивающиеся автоколебания при действии начальных возмущений. В соответствии с этим законом выбираются из существующей патентной базы технически обоснованные конструктивные решения, способствующие совершенствованию способов буксировки морских объектов. Модельные решения выполнены для танкера проекта 214 RN (в балласте) на основе рассчитанной ранее математической модели. Основная задача состояла в решении системы четырех дифференциальных нелинейных уравнений первого порядка; в этом случае закон управления натяжением троса является просто пропорциональным. При усложнении закона управления до пропорционально-дифференциального (ПД) была расширена система дифференциальных уравнений до седьмого порядка; начальная система четвертого порядка дополнена тремя уравнениями для производных кинематических переменных задачи. В ходе отбора способов управления натяжением буксирного троса использована критериальная характеристика качества управления и выбрана средняя квадратическая характеристики углового отклонения буксирного троса от ДП буксируемого танкера. Ключевые слова: буксировка, математическое моделирование, управление натяжением троса, закон управления ПД, критерий качества. Введение В настоящее время актуализируется проблема буксировки морского транспорта, что объясняется значительным ростом числа буксирных операций во всех районах Мирового океана. В особенности это утверждение справедливо для морских акваторий Севера Российской Федерации в связи с интенсивным освоением природных ресурсов прибрежных зон. Следует отметить, что буксировка является одной из сложнейших операций, прежде всего с точки зрения ее безопасности, что обусловлено уникальностью обстоятельств каждой буксировки, недостаточной изученностью этого процесса и неполной обеспеченностью информацией о состоянии объектов в ходе буксировки. Основной задачей, решаемой в процессе исследования, является оценка управляемости системы буксировки, которая включает буксир, буксируемый объект и гибкую буксирную связь между ними. Потеря устойчивости этой системы - главная причина аварий при буксировке. Одной из форм выхода подобной нелинейной системы из устойчивого состояния является возникновение автоколебаний, способы устранения которых рассматриваются в данной работе. Материалы и методы При исследовании процесса буксировки морских объектов наиболее сложной проблемой является возникновение автоколебаний буксируемого объекта, которые могут возникать под влиянием определенных факторов, таких как характеристики буксируемого объекта, буксира, буксирной связи; скорость буксировки; а также внешние условия - возмущения среды в виде ветра, волнения, течения и т. п. В той или иной мере указанные обстоятельства исследованы с разных точек зрения [1; 3, с. 144; 4-5]. Однако в этих исследованиях не рассматривался вопрос о регулировании процесса буксировки посредством изменения параметров самой буксирной связи: натяжения буксировочного троса и его длины. Их можно изменять, используя в качестве управляющего параметра одну из кинематических характеристик движения буксируемого объекта: угол 0 отклонения троса от ДП буксируемого судна, угловую скорость ю его поворота или угол дрейфа р . Эффективным способом изучения такого управляемого процесса является компьютерное моделирование; построение математической модели судна представлено в работе [2, с. 141]. Дальнейшая работа по моделированию проведена в рамках вычислительной среды MathCad; выбраны три дифференциальных уравнения движения буксируемого судна [1], они дополнены дифференциальным уравнением кинематического характера для движения буксирного троса, рассматриваемого как стержень. Коэффициенты a kj правых частей дифференциальных уравнений вычислены в соответствии с моделью, выполненной для танкера проекта 214 RN "Архангельск" (в балласте) как более склонного к автоколебаниям. Система решается 577