Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Выбор прщіочтителшого метода повы шения э^фективности разноглубинного тралового лова и пути его осуществ ления 13
1.1. Анализ влияния основных параметров процесса лова на его эффективность 13
1.2. Состояние и перспективы обучения судоводителей разноглубинному траловому лову 26
1.3. Анализ некоторых характерных типов авиационных и морских тренажеров 28
ГЛАВА 2. Подход к исследованию разноглубинного тралового лова как объекту имитации на тренажере 33
2.1. Анализ процесса траления применительно к задаче построения тренажера разноглубинного тралового лова 33
2.2. Принципы построения математического описания движения системы судно-трал 48
2.3. Исследование и выбор модели подводной обстановки 57
ГЛАВА 3. Опрвделение основных закономерностей для параметров разноглубинного трало воголова применительно к имитаторам тренажера 70
3.1. Скорость судна и усилие в ваерах 71
3.2. Глубина хода трала 81
3.3. Параметры работы траловой лебедки 89
3.4. Загрузка главных двигателей 99
3.5. Параметры работы рыбопоисковых приборов III
3.6. Экспериментальное определение структуры и коэффициентов мате матических моделей имитаторов движения системы судно-трал 118
ГЛАВА 4. Структура, конструктивные схемы и принципы 0б7чения с использованием тренажера 141
4.1. Структура и состав тренажера 141
4.2. Организация процесса обучения судоводителей на тренажере разноглубинного тралового лова ТТЛ-73 173
Заключение 188
Литература
- Состояние и перспективы обучения судоводителей разноглубинному траловому лову
- Принципы построения математического описания движения системы судно-трал
- Параметры работы траловой лебедки
- Организация процесса обучения судоводителей на тренажере разноглубинного тралового лова ТТЛ-73
Введение к работе
ШІ съезд КПСС и Ноябрьский (1982г.) Пленум ЦК КПСС поставили перед рыбной промышленностью актуальные задачи повышения эффективности работы рыболовного флота и увеличения производства рыбной продукции. В этой связи роль науки промышленного рыболовства и смежных с ней областей знаний - выявить имеющиеся резервы и определить оптимальные пути повышения добычи рыбы на ближайшее будущее и перспективу.
Настоящая работа вызвана необходимостью решения указанных задач применительно к одному из наиболее сложных в управлении, основных и бурно развивающихся видов морского рыболовства - разноглубинному траловому лову.
Как известно, повышению эффективности разноглубинного тралового лова способствует совершенствование технических средств добычи рыбы. В настоящее время рыбопромысловый флот активно оснащается высокоавтоматизированными судами, обладающими большой автономностью плавания, имеющими мощную энергетическую установку, современное навигационное и рыбопоисковое оборудование; промысловыми механизмами, имеющими повышенные скоростные параметры для спуска и подъема трала на судах с кормовым слипом, промысловой схемой "Дубль" с операционными лебэдками, позволяющими одновременно работать с двумя тралами с частичным совмещением операций последовательных циклов лова, что существенно сокращает непроизводительные потери рабочего времени [341 ; высокоэффективными разноглубинными тралами с большим вертикальным и горизонтальным раскрытием,
Следует назвать и ряд других факторов, способствующих повышению эффективности разноглубинного тралового лова: - использование автоматизированной системы управления флотом на промысле [37] ; - ведение лова в непосредственной близости от дна на тяжелых
ЯМ Г^ «MP участках, для которых характерны большие перепады глубин, наличие каньонов, свалов [ б8, вб ] ; - освоение новых перспективных районов промысла,
Практика показывает, что имеется несоответствие между потенциальными возможностями непрерывно совершенствующихся средств добычи рыбы и степенью их использования. В этой связи специалисты обращают внимание на наличие значительных резервов повышения эффективности работы флота рыбной промышленности. Условия добычи рыбы, сложившиеся к настоящему времени, характеризуются удорожанием и усложнением эксплуатации материальной базы, динамизмом промысловой обстановки [ 74 J и как следствие - возросшим влиянием фактора риска материальных и экономических потерь, который оказывает сдерживающее психологическое воздействие на судоводителя в процессе его работы.
В современных условиях лова судоводителю приходится в короткие сроки принимать решения, сознавая, что неудачно отданная команда может привести к неблагоприятным последствиям. Это характеризует его работу как весьма напряженную и ответственную.
Фактор риска при управлении разноглубинным тралом обуславливается большой вероятностью перегрузок и аварий судового и тралового комплексов вследствие значительной напряженности функционирования системы судно-трал, проловов из-за трудностей учета ее динамических качеств, задевов трала за грунт и порчи тралового оборудования при облове придонных и донных косяков на тяжелых участках дна.
Становится очевидным, что значительный резерв повышения эффективности лова заключается в снижении вероятности перерастания фактора риска в аварийную ситуацию, что может быть достигнуто путем приобретения необходимых навыков управления тралом.
В этой связи представляется целесообразным создание специа- *"" 6 " лизированных тренажеров разноглубинного тралового лова, позволяющих в условиях кабинета искусственно воссоздавать "эффект присутствия" в различных районах промысла, движение любого типа судна и судовых механизмов, трала и траловой оснастки. Сокращение времени и средств на приобретение необходимых профессиональных навыков и доведение этих навыков до уровня мастерства достигается следующими возможностями тренажера: отсутствием негативных последствий фактора риска, сопутствующих обучению в реальных условиях промысла. В результате имеется возможность обучать судоводителей без материальных потерь; непосредственным увязыванием теоретических знаний в области промышленного рыболовства и промыслового судовождения с требованиями практики. Работе на тренажере должна предшествовать необходимая теоретическая подготовка судоводителя, способствующая ясному пониманию целей и задач обучения; ~ использованием опыта передовых экипажей судов при обработке рациональных приемов ведения лова. Необходимую методическую и практическую помощь судоводителю оказывает инструктор, обладающий большим опытом работы на разноглубинном траловом лове.
Обеспечение сходства процесса обучения с реальным процессом лова позволяет судоводителям приобретать на тренажере навыки оптимального управления техническими средствами добычи рыбы. Использование тренажера дает возможность ускоренно готовить специалистов для промыслового флота, не нуждающихся в длительном доучивании в условиях лова. Этим определяется актуальность настоящей работы.
Данная работа, начатая в 1968 году, является первой попыткой в решении задачи повышения эффективности разноглубинного тралового лова на основе специализированного тренажера. Вопросы разработки подобных тренажеров не освещались ни в советской, ни в иностранной литературе, хотя необходимость в этом давно начала осознаваться [53] .В последующем некоторые цринципы построения тренажера разноглубинного тралового лова и его эксплуатации были отражены в работах [49, 76, 77, 91-94, 116, 122] .
Опыт, накопленный в авиации, военно-морском и гражданском флоте, показывает, что при создании тренажеров необходимо разработать модель системы, действующую в реальном масштабе времени, связать ее с полным комплектом средств отображения и управления, воспроизвести условия, идентичные судовым условиям эксплуатации [18,19.23,111] .
При разработке тренажеров воздушные, морские и сухопутные средства передвижения рассматриваются как объекты с сосредоточенными параметрами, обладающими относительно стабильными статическими и динамическими характеристиками. Теоретическая база для моделирования их движения разработана достаточно хорошо [ 19, 64. 83] .
Применительно к тренажеру разноглубинного тралового лова необходимо иметь математическое описание взаимодействия технических средств добычи рыбы, объекта лова и внешней среды при управлении орудием лова. Разработка подобной модели является одной из актуальных задач науки и практики промышленного рыболовства [ 56, 107] . Трудности ее построения заключаются в необходимости учета свойств основных элементов процесса лова, который представляет собой сложную систему, обладает вероятностными характеристиками и осуществляется под влиянием большого числа случайных возмущений. На основании математической модели выбирается предпочтительный вариант структуры тренажера, обосновывается выбор конструктивных решений. Неотъемлемым мероприятием в MM 8 <* в части ускоренной и массовой подготовки судоводителей к разноглубинному лову является выбор методики обучения на тренажере, в основу которой положен промысловый опыт [ 75, 68, 98, НО ] .
Все это говорит о том, что исследование и разработка комплекса вопросов, связанных с построением и использованием специализированного тренажера разноглубинного тралового лова, представляет самостоятельную научно-техническую задачу.
Целью работы является повышение эффективности разноглубинного тралового лова с применением специализированного тренажера.
В достижении намеченной цели наиболее важными являются следующие задачи, определившие структуру и содержание работы: выяснение резерва повышения эффективности разноглубинного тралового лова на современном этапе развития техники промышленного рыболовства; анализ прицельного траления как объекта имитации на специализированном тренажере; определение основных закономерностей для параметров разноглубинного тралового лова применительно к имитаторам тренажера.
Наряду с указанными задачами в работе осуществлены выбор структуры специализированного тренажера, предложен принцип его построения и использования для повышения качества и надежности управления рыболовным комплексом в процессе прицельного траления.
В условиях недостаточной сырьевой базы, характерной для современного периода, рост технической оснащенности судов не позволяет повысить эдактивность работы добывающего флота в целом [ 95 ] . Существенным резервом повышения эффективности работы добывающего флота на разноглубинном лове является использование специализированных тренажеров в учебных заведениях Минрыбхоза СССР и в производственных подразделениях промысловых баз. Действительно, mam J7 * массовая и ускоренная подготовка судоводителей на тренажере позволяет им в кратчайшие сроки приступить к квалифицированному управлению разноглубинным тралом, добиваясь максимального вылова рыбы при минимальных затратах.
При разработке тренажера как устройства, на котором непрерывно в реальном масштабе времени производится вычисление выходных параметров имитируемого процесса, требуется решать научную задачу построения математических моделей объектов управления - судна и трала, внешней среды функционирования данных объектов - подводной обстановки.
Ввиду существенной сложности математического описания процесса разноглубинного тралового лова необходимо в соответствии с методами системного подхода [84, 70] выделить основные элементы исходного процесса и связи между ними, характеристики входных и выходных параметров, при которых обеспечивается эффективное ведение лова в заданном диапазоне глубин траления. В последующем, рассматривая только наиболее важные параметры процесса, можем ограничивать размерность задачи при сохранении в модели его предметной и функциональной сущности.
Из основных элементов процесса лова наиболее сложным является система судно-трал, охватывающая судовой и траловый комплексы. Практика разработки моделей сложных систем выработала блочный подход [44, 67j , который применительно к системе судно-трал заключается в ее декомпозиции на ряд структурно-малозависимых подсистем - блоков и построении математического описания этих блоков. Наиболее простые блоки - имитаторы - позволяют моделировать отдельные важнейшие параметры или группы параметров, что упрощает процесс разработки математического описания и постановки соответствующей задачи на вычислительных устройствах тренажера.
Построение математических моделей имитаторов подсистемы суд- но-лебедка-ваер-трал связано с трудностями, вызванными функциональной сложностью и стохастичностью поведения конструкции ваер-трал.
Поскольку свойства гибких связей судно-трал, то есть ваеров, оказывают существенное влияние на поведение трала, в литературе по промышленному рыболовству исследованию статики и динамики этих связей уделяется большое внимание. Обычно гибкую нить-ваер аппроксимируют совокупностью нескольких шарнирно-соединенных стержней [ 79, 104, 120] .В то же время, как показано в работах А.Л.Фридмана, Б.А.Альтшуля и других исследователей [29, 71, 107 ] , а также автора [ 401 , замена ваера одним жестким стержнем вполне допустима при решении ряда задач управления тралом. Применительно к тренажеру разноглубинного тралового лова одностержневая математическая модель динамики подсистемы судно-лебедка-ваер-трал оказывается все еще весьма сложной. С целью ее последующего упрощения целесообразно воспользоваться методами линеаризации и структурных преобразований, которые применяются при исследовании динамических систем [ 57 ] .В результате представляется возможным получить математические модели отдельных имитаторов: глубины хода трала, усилия в ваерах и скорости судна.
Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию траловой лебедки [ 22, 90, 99 ] , математическое описание совместной работы ваерного барабана, приводного двигателя и аппаратуры управления не нашло отражения в литературе. Разработка такого описания вызвана необходимостью построения имитатора, моделирующего длину вытравленных ваеров как одного из параметров управления. При переводе трала с горизонта на горизонт меняется величина загрузки главного судового двигателя - один из важных контролируемых параметров, знание которого позволяет ограничить интенсивность управлений. Учитывая, что на тренажере достаточно имитировать - II - внешний эффект поведения данного параметра, построение соответствующей математической модели может быть выполнено при значительных допущениях по существу процессов в судовом [ 54, 64 ] и траловом комплексах.
Величина вертикального раскрытия трала влияет на прицельность траления, на эффективность лова [ 86, НО ] .В литературе пока*-заны методы расчета данного параметра применительно к установившемуся режиму движения [ 69, 107 ] . Ввиду трудностей аналитических исследований модель динамики раскрытия трала целесообразно построить на основании экспериментальных данных.
Создание на тренажере "эффекта присутствия" судоводителя на промысле связано с разработкой математических моделей имитаторов эхолота, тралового зонда и подводной обстановки - дна и косяков под килем судна и в зоне работы разноглубинного трала. При моделировании процесса эхолокации, характерного для рыбопоисковых приборов, необходимо учитывать эффект морской реверберации [72], затухание эхосигналов [ 97 ] , разделение косяка нижней подборой трала и другие Факторы, позволяющие приблизить отображение подводной информации к реальным условиям траления. Способ представления сведений о грунте и косяках основан на информационном подходе с использованием элементов теории кодирования [25, 96 ] . Числовые параметры могут задаваться в модель как на основании данных научных исследований [іІЗ, 114 ] , так и эхограмм, отснятых в районах промысла,
Полученные аналитическим методом математические модели имитаторов судового и тралового комплексов требуют экспериментального уточнения структуры и коэффициентов.
Для успешной реализации на тренажере учебной информационной модели исходного процесса необходима разработка структур имитаторов и тренажера в целом [ III, 31 j .
Критерием правильности выбора научных и технических решений, положенных в основу тренажера разноглубинного лова, является результативность работы обученного на нем судоводительского состава в условиях промысла.
Основной метод исследования - экспериментально-аналитический. Аналитическим методом на основании теории линейных систем получены математические описания имитаторов системы судно-трал. С использованием элементов теории информации и теории кодирования получена математическая модель подводной обстановки.
Экспериментальные исследования проводились путем сбора и статистической обработки натурных данных по статике и динамике судна с буксируемым тралом в условиях экспериментально-промыслового рейса. По результатам экспериментальных исследований откорректирована структура математических моделей имитаторов системы судно-трал, определены основные коэффициенты уравнений.
Новизна основных теоретических положений данной работы состоит в разработке математических моделей имитаторов глубины хода трала, скорЬоти судна, усилия в ваерах, загрузки главного двигателя, работы траловой лебедки, работы рыбопоисковых приборов, параметров дна и косяков в плоскости движения системы судно-трал.
Прикладное значение проведенных исследований состоит в разработке принципов построения оригинальных имитаторов системы судно-трал, траловой лебедки, профиля дна и косяков, эхосигналов эхолота и тралового зонда, а также тренажера в целом, построенных на базе серийных рыбопоисковых приборов, устройств цифровой и аналоговой вычислительной техники. - із -
Состояние и перспективы обучения судоводителей разноглубинному траловому лову
В настоящее время становится очевидной необходимость совершенствования специфической подготовки штурманов как значительного резерва повышения эффективности работы флота на перспективном виде лова, каким является разноглубинный траловый лов [30, 4l] . Проблема обучения разноглубинному лову остается актуальной для штурманов, которые окончили учебные заведения Минрыбхоза СССР или пришли на промысел из других флотов. Ниже рассмотрим причины низкой результативности и предложения по совершенствованию традиционных методов подготовки судоводительского состава к практической работе на промысле.
Подготовка штурманских кадров промыслового флота в СССР осуществляется высшими и средними учебными заведениями Минрыбхоза. Программы обучения направлены на формирование квалифицированных специалистов, способных в короткие сроки освоить современную технику и тактику добычи рыбы. В частности, в Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства (КТИРПХ) учебными планами предусмотрено изучение теоретических курсов и приобретение практических навыков промыслового судовождения, необходимых будущим специалистам, по двум взаимосвязанным направлениям: штурман и инженер-механик по промышленному рыболовству [74].
Заканчивая единственную плавательную практику, студенты успевают освоить отдачу, выборку и ремонт трала, то есть операции обращения с ним. Однако, данная практика не дает возможности учащимся освоить важный элемент будущей специальности - процесс управления разноглубинным тралом - ввиду недостатка времени, которое уделяется на промысловом судне индивидуальной подготовке студента. Следует отметить, что подобная ситуация с приобретением практических навыков по управлению разноглубинным тралом характерна для всех учебных заведений рыбной промышленности.
В результате выпускник учебного заведения, пришедший на промысловое судно с большим запасом теоретических знаний, вынужден доучиваться на промысле. При этом процессу обучения сопутствуют аварии промвооружения (обрывы ваеров, порывы верхних и нижних пластин трала, потери траловой оснастки и целиком трала), проловы и частичные обловы косяков,как правило, вызванные неумелыми действиями судоводителя. В результате теряется промысловое время на восстановление орудий лова, на проведение повторных маневров, Естественно, что эффективность работы рыбодобывающего судна, на котором вынуждены проводить обучение судоводителей процессу лова, резко падает,
У судоводителей, обучающихся на промысле, как правило, очень мало возможности активного участия в процессе траления, вследствие чего приобретение опыта разноглубинного лова затягивается на длительное время. Разрешение на самостоятельное ведение разноглубинного лова штурман получает примерно через 2-3 года,
Кроме учебных заведений Минрыбхоза пополнение штурманского состава рыбодобывающего флота осуществляется за счет кадров транспортного, рефрижераторного и других илотов. Возникает проблема приобретения в кратчайшие сроки дополнительных навыков, не свойственных прежней квалификации судоводителя,
Проблема обучения и совершенствования работы на разноглубинном траловом лове затрагивает и постоянный штурманский состав в период межрейсовых отпусков, достигающий нескольких месяцев,
Столь существенный перерыв в работе в последующем неблагоприятно сказывается на результатах лова, поскольку он ведет к частичной утрате профессиональных навыков.
Как видим, в настоящее время практическая подготовка судоводительского состава фяота рыбной промышленности осуществляется только за счет бюджета промыслового времени. В результате рыбная промышленность несет ощутимые потери.
Мы считаем, что наиболее эффективным направлением повышения качества подготовки штурманов будет дополнение существующей формы обучения практическими занятиями на тренажере разноглубинного тралового лова. Использование указанного тренажера в учебном процессе позволит органически связать теоретические сведения в области тактики лова с требованиями практики и - как результат -дать отрасли специалистов, не нуждающихся в длительном доучивании в условиях промысла.
Тренажер разноглубинного тралового лова необходимо использовать также в производственных подразделениях промысловых баз всех бассейнов страны. Прохождение тренинга непосредственно перед рейсом в сочетании с лекционными занятиями, на которых разбираются особенности планируемых районов промысла, необходимо судоводителям независимо от стажа их работы на разноглубинном лове.
Принципы построения математического описания движения системы судно-трал
Построение математической модели системы судно-трал является наиболее сложным и ответственным этапом разработки тренаже -ра разноглубинного тралового лова. Как показано в предыдущих параграфах, от качества модели системы судно-трал зависит качество имитации процесса и в итоге - качество тренажера как средства обучения.
Для тренажера, как правило, достаточно иметь упрощенную модель! , IO . Это упрощение может касаться неучета стохастичнос-ти, нестационарности результатов взаимодействия между некоторыми элементами системы и т.д. Однако, несмотря на упрощения, характеристики выходных параметров модели должны достаточно близко отражать соответствующие характеристики реального процесса.
В настоящее время построение моделей сложных систем является в большой мере искусством, требующим в каждом конкретном случае особого подхода. При этом не обходится без применения комбинации эвристических, аналитических и экспериментальных методов.
Применительно к сложным системам практика выработала так называемый блочный подход к построению математических моде лей [45,671, заключающийся в разделении исследуемой системы на блоки, для которых находятся математические описания, производится упрощение этих описаний и последующее объединение моделей (уравнений) в единую математическую модель. "Достоинство блочного принципа построения математического описания заключается в том, что его можно использовать на стадии проектирования объекта, когда оконча - 49 тельный вариант аппаратурного оформления еще не известен"( [44] стр. 42 ).
От того, по каким признакам осуществляется разделение ис -следуемой системы на блоки (подсистемы), зависит структура мо -дели, ее сложность, наглядность взаимодействия элементов, удобство постановки на вычислительных устройствах тренажера.
Б основу такого разделения положим подчиненность связей выходных параметров между собой и с входными параметрами (управлениями). Используя априорные данные о взаимном влиянии элемен -тов системы при функционировании, эту подчиненность представим в табличной форме (таблица 2.2). Объединяя в таблице 2.2 груп -пы взаимно влияющих параметров, выделим характерные для этих групп параметров следующие блоки (подсистемы): судно-лебедка -ваер-трал (СЛЕГ), траловую лебедку (ТЛ), энергетическую установку (ЭУ), вертикальное раскрытие трала (ВРТ).
Необходимо отметить, что подход к определению степени взаимных влияний отдельных входных и выходных параметров, на котором основано разделение системы судно-трал на блоки, требует проверки возможности его использования применительно к тренажеру. Указанную проверку можно выполнить лишь по результатам аналитического исследования выбранных блоков на предмет адекватности полученных выражений реальному процессу и простоты их реализации на вычислительных устройствах тренажера.
В соответствии с выбранными блоками математическое описание системы судно-трал может быть представлено в виде следующих групп уравнений:
I. Уравнение, описывающее движение судна, трала и взаимодействия между этими элементами под влиянием управлений. Данное уравнение может быть получено как результат аналитического исследования подсистемы СЛВГ.
2. Уравнение, описывающее изменение длины вытравленных вае-ров под влиянием управлений. Уравнение может быть получено как результат аналитического исследования подсистемы ТЛ.
3. Уравнение, описывающее изменение загрузки главного дви -гателя под влиянием скорости судна и усилия в ваерах. Уравнение может быть получено как результат аналитического исследования подсистемы ЭУ.
4. Уравнение, описывающее изменение вартикального раскрытия трала под влиянием управлений. Данное уравнение может быть по -лучено как результат экспериментального исследования подсистемы ВРТ.
Из перечисленных групп уравнений наиболее сложными представляются уравнения, описывающие подсистему СЛЕГ. Это вызвано теми обстоятельствами, что данная подсистема является основной в системе судно-трал и по числу охватываемых элементов (практически все элементы системы) и важности для учебной информационной мо -дели тренажера выходных параметров, в первую очередь определяющих результативность прицельного траления. Что касается основных трудностей моделирования системы судно-трал, то их следует отнести именно к данной подсистеме.
В этой связи возникает необходимость рассмотреть вопрос о разработке математического описания подсистемы СЛВТ, приемлемого для тренажера разноглубинного тралового лова.
При составлении уравнений СЛВТ наибольшую сложность представляет описание закономерностей движения ваера как гибкой нити. Задача анализа гибкой нити в толще воды с учетом действия распределенных сил веса, упругости, гидродинамических сил и их моментов в неустановившемся режиме движения является весьма трудной и может быть приближенно решена при введении упрощающих предполо жений. А. Фишер и В.П. Карпенко [104] , X. Штенгель [120] и другие при исследовании динамики системы судно-трал гибкую нить аппроксимируют многозвенником с числом звеньев более двух. В работах [79, 15] кабели и ваера замещаются двумя шарнирно соединенными стержнями. Очевидная сложность полученных аналитических выражений существенно затрудняет применение результатов указанных исследований для целей построения тренажера.
Если принять, что за ограниченное время одного траления внешние факторы и внутренние параметры системы судно-трал не пре -терпевают изменения (гипотеза стационарности), то подсистему СЛБТ можно заменить механическим эквивалентом в виде двух сосредоточенных масс: судно и трал с досками, соединенных стержнем переменной длины. В работах М.И, Гуревича, А.Л. Фридмана, Б.А. Альтшуля [29, 14] и автора [40, 91] показано, что замещение ваера жестким стержнем приемлемо для многих практических расчетов процесса движения трала.
Параметры работы траловой лебедки
Для получения адекватных условий управления тралом в состав тренажера необходимо ввести устройство для имитации работы траловой лебедки (ТЛ). ТЛ является одним из основных механизмов промыслового комп -лекса судна. На современных крупнотоннажных траулерах с кормовой схемой траления используются две идентичные по характеристикам лебедки, каждая из которых обеспечивает тягу одного каната - ваєра. Лебедки содержат ваерный барабан, канатоемкость которого позволяет осуществлять траление практически на любых глубинах. Ле -бедки снабжены автоматизированным приводом, обеспечивающим в процессе выборки ваера работу по "мягкой" характеристике, а при травлении - торможение с рекуперацией энергии в бортовую сеть (при наличии электропривода) [22,99] .
Потребляя до Zb% мощности главных двигателей РТМ--А, лебедка, как составная часть контура управления тралом, оказывает значительное силовое воздействие на судно и трал, изменяет их динамические качества. В свою очередь, параметры системы судно-трал оказывают влияние на режимы работы ТЛ.
Математическая модель имитатора ТЛ должна отражать основные выходные параметры лебедки, определяемые внутренними энергетическими, геометрическими параметрами, характеристиками нагрузок и командами управления. Для построения математической модели имитатора ТЛ выделим привод и ваерный барабан как основеные элементы лебедок, запишем для них уравнения движения, а затем полученные зависимости объединим в единую систему уравнений.
На основании описания схемы электрической траловой лебедки РТМ-А и некоторых результатов исследования динамики привода ТЛ, представленных в [_ 22, 39 ] рассмотрим наиболее важные для моделирования на тренажере параметры работы автоматической системы регулирования (АСР) частоты вращения электродвигателей барабана применительно к одной из лебедок.
В соответствии с представленной на рис. 3.7 структурной схемой АСР, в качестве входного параметра ТЛ можно рассматривать напряжение задания И п.у или связанное с ним пропорциональной зависимостью угловое положение командоконтроллера J& , установленного на пульте управления лебедкой. Выходным параметром привода является частота вращения электродвигателя -а или связанная с ней пропорциональной зависимостью частота вращения ваерного барабана пб . Выходными параметрами лебедки в целом являются линейная скорость барабана У С (скорость травления-выбирания ваеров) и длина вытравленных ваеров tb Внешнее воздействие, осуществляемое на привод ТЛ, может быть выражено через момент сопротивления Aoz , приведенный к валу электродвигателя и, в свою очередь, зависящий от усилия в ваерах fg и величины радиуса намотки ваера №sL на барабан ( = 1,2,... - номер слоя намотки) -if - (3.22) где , - к.п.д. траловой лебедки; . ip - передаточное число редуктора. Линейную скорость ваеров \ можно выразить через частоту вращения барабана или приводного электродвигателя (соответствен Мощность, затрачиваемая электродвигателем ТЛ на преодоление внешних воздействий, в кВт Ng - %7Л (3.25) При неизменном токе (и don.et ) в контуре генератор-двигатель, контроль затрачиваемой мощности wp приводного электродвигателя лебедки, как видно из определяющей ее зависимости у а = їй. о Уа - Uа. У (3.26) j сводится к контролю напряжения Lin на якоре.
Превышение разрешенной мощности вызывает срабатывание пороговой схемы, состоящей из последовательно связанных источника на -пряжения U% и набора стабилитронов-ограничителей, и подачу результирующего напряжения л 1\ на вычитающий вход контура регулирования (рис. 3.7), вследствие чего уменьшается частота вращения барабана Ks , усилие / , момент и мощность до наступления равенства Щ = Afj , где Л/j. - разрешен -ный уровень мощности ( у." = 1,2,..., 5 [ 9] ).
Для построения упрощенной модели контура регулирования частоты вращения электродвигателя лебедки Кп воспользуемся некоторыми результатами исследований Л.П. Михлина L 63 j . Б соответствии с рис. 3.7 без учета влияния контура регулирования тока запишем (3.27) - 93 N ЛУ/ / О при jVn jVj У -УІ при уул VV/ (3.28) (3.29) (3.30) (3.31) сигнал рассогласования цепи контура ограничения где s мощност и; U 4- напряжение с выхода командоконтроллера лебедки; Jb - угол разворота командоконтроллера лебедки (положение к. к); - постоянный коэффициент; Wyfp) - передаточная функция контура управления частотой вращения электродвигателя ваерного барабана ТЛ; передаточные функции элементов контура регулирования соответственно корректирующего ПИД-звена, широтно-импульсного модулятора, магнитного усилителя, возбудителя двигателя, приводного электродвигателя , тахогенератора.
Организация процесса обучения судоводителей на тренажере разноглубинного тралового лова ТТЛ-73
Эффективность разноглубинного тралового лова, как отмечалось в главе I, во многом определяется степенью профессиональной подготовленности судоводителей, а на приобретение необходимых навыков в реальных условиях лова тратятся годы. С использованием тренажера, на котором моделируются основные закономерности измене -ния выходных параметров реального процесса, существенно сокращается время на профессиональную подготовку к разноглубинному лову и, как результат, повышается эффективность процессов добычи рыбы.
Опыт применения тренажера для подготовки различных специа -листов показывает, что результативность тренировочного процесса (тренинга) во многом зависит от качества организации процесса обучения [35,88,95,102] . Центральньм звеном такой подготовки применительно к тренажеру разноглубинного тралового лова является принцип "на тренажере,как на судне", предполагающий возможность совершения на тренажере действий, эквивалентных тем, которые осуществляются судоводителем в реальных условиях управления тралом. Система обучения при наличии регламента времени тренинга включает следующие основные мероприятия: подбор задач, соответствующих реальным задачам тралового лова, уплотнение решаемых задач во времени вплоть до перегрузки оператора, контроль за ходом формиро -вания навыков и корректировка действий обучаемого, вынесение квалификационной характеристики по результатам учебных тралений.
В настоящем разделе рассмотрим вопросы организации процесса обучения судоводителей на тренажере разноглубинного тралового лова ТТЛ-73 на основании методики обучения, которая была предложена автором совместно с капитаном А.И. Румянцевьм и доцентом М.Г. Когоном [46] , а также ряд вопросов, касающихся результативности использования тренажера.
Процесс тренинга осуществляется под руководством опытного капитана-инструктора. Тренинг производится группами по 3-4 человека. Программой предусмотрено изучение элементов теории разноглубинного лова, ознакомление с некоторьми понятиями о работе тренажера и его устройстве и 30 часов практических занятий.
Цель тренинга - обучение судоводителей (операторов) наибо -лее эффективным методам наведения трала на косяк при различной сложности рельефа дна и многовариантном расположении косяков. Для этого используется библиотека перфолент с записями рельефа дна. Инструктор может искусственно усложнять или упрощать рельеф дна, задавая необходимый масштаб его воспроизведения, изменять глубину траления, перемещать косяки по глубине. На рис. 4.12 и 4.13 представлены фрагменты эхограмм эхолота на тренажере при прохождении судном одного и того же участка перфоленты, отличающиеся масштабом воспроизведения рельефа дна (на рис. 4.12 уменьшенный перепад глубин) и способом размещения косяков в толще воды (на рис. 4.13 косяки пелагические, придонные и донные). Возможность оперативного изменения характеристик подводной об -становки - одно из важнейших дидактических качеств тренажера.
Программой тренинга предусмотрено решение поэтапно усложняющихся задач отработки операций управления тралом. Указанные задачи являются оптимизационными, то есть такими, в которых задается цель - обловить максимальное количество косяков в течение заданного времени -достигаемая путем нахождения экстремального значения целевой функции лова. При этом остальные цели, как на -пример, минимум потерь, максимум скорости траления и другие на -ходят выражение в ограничениях на управления [1б] . Реализа -ция заданной цели осуществляется в следующей последовательности.
На основании данных, получаемых с помощью приборов-индикаторов тренажера, оператор намечает тактику облова очередного косяка. Для этого он использует собственный опыт, теоретические знания в области тактики лова и советы капитана-инструктора.. Маневри -руя тралом в вертикальной плоскости и соблюдая режимы и силовые ограничения, установленные для управляемых механизмов, оператор должен пройти как можно большее число косяков. При решении за -дач лова обучающийся пользуется органами управления - командо -контроллерами ВРШ и траловой лебедки,- посредством которых он имеет возможность изменять траекторию движения трала путем ва -риации скорости судна и длины ваеров.
Практические занятия начинаются с решения задач, имеющих целью адаптацию оператора к условиям тренинга. На конечном этапе обучения оператору предъявляются проблемные ситуации, разрешение которых формирует у обучающихся комплекс навыков работы с разноглубинным тралом. Каждая проблемная ситуация однозначно определяется профилем дна и расположением косяков, подлежащих облову.
Во время тренинга каждай из операторов (поочередно) осуще -ствляет контроль за показаниями рыбопоисковых приборов и управление тралом и судном; управление траловой лебедкой (выполнение функций тралмейстера); контроль за действиями оператора, управляющего тралом и судном.
