project1. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
1
בבקרה שנתי פרוייקט
Auto Sail – Automatic sail
tuning for best performance
מגישים:
מנור גיל017892548
צור יעקב033952367
מנחה:ד"רשטרסברג שי
2. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
2
עניינים תוכן
פרקנושאעמוד
2.הפרוייקט נושא בחירת0
1.ביצועה ואופן המערכת תאור4
0.ה דרישות מפרטמזמין4
4.מערכת הנדסת/
/.הבקרה מהנדס דרישות מפרט23
6.תכןהפתרון ובחירת עקרוני22
/.רכיבים הגדרת20
8.מקטלוג רכיבים בחירת20
9.מודלים פיתוח29
23.מימושסימולציה11
22.הבקרה תכן01
21.הדרישות מפרט מול ביצועים בדיקת/2
20.סיכום/6
24.עתידים שיפורים//
2/.נספחים/9
3. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
3
1.נושא בחירתהפרוייקט
מתגבוה הפלגה מהירות בחיפוש תמידית דרישה קיימת כי הבנו המפרש סירות עולם את הכרותנו וך
ע מפרשים עם הפלגה בעת"שלהם אופטימלי כיוון י.
הכיווןע בעיקר מתבצע כיום"השייט של תחושותיו י,הסירה עם הכרותו,ה קריאות ותרגוםמדידים
המפרשים לכיוון בסירה הקיימים השונים.
קצרים במסלולים התחרותי בשייט הן קיימת גבוהה מהירות המחפשת אוטומטית במערכת החשיבות
רבות שעות לקצר יכולה במהירות קטנה תוספת שבהן ארוכות בהפלגות והן זו דרישה מאליו מובנת בו
ליעד בהגעה.
לעול הזיקה עם יחד אלו מסיבותזה ם,וניתנת זו פעולה המבצעת מערכת של תכנון על החלטנו
בהמשך למימוש.
4. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
4
2.ביצוע ואופן המערכת תיאורה
נתכנן זה בפרוייקטהסירה לגוף ביחס מפרש סגירת זווית על שליטה מערכת.מידע תקבל המערכת
בסירה שונים ממדידים,הסירות במרבית קיימים רובם אשר,א תכוון ובאמצעותםהמפרש תלקבלת
ההטייה במגבלות ועמידה קבוע בכיוון הפלגה כדי תוך מרבית הפלגה מהירות.
המפרש כיוון על תשלוט אשר טיפוסית חשמלית כננת באמצעות יתבצע המפרש כיוון.לכננת הפקודה
הנתונים את המעבדת מוחשבת ממערכת תתקבל.
3.המזמין של נקודות מבחינת דרישות מפרט
0.2.מהירות מציאתבתחום מירבית:
-פנאי שימוש עבור10%.
-תחרותי שימוש עבור1%.
0.1.העבודה נקודת על התייצבותתוך מדרגה לכניסת70שניות.(התחלה תנאי כאשרמפרש הוא
היא למיים ביחס הסירה ומהירות משוחרר3)
0.0.התייצבותתוך חדשה עבודה נקודת על20ל שניותרוח וכיוון רוח בעוצמת הפרעה אחר.
(הרוח מול אל הסירה להגעת גורמת שאינה)
רוח בכיוון הפרעה15מעלות(תיכו בים להפרעה מתאיםן).
עד בעוצמה הפרעה2.5לשנייה מטר(תיכון בים להפרעה מתאים)
0.4.סיבוב מהירות הגבלתכננת
deg
2
sec
הסיר פרמטרי עלפי מחושבה(סל"הכננת ד,אורך
מנור,כוח רווח העברת ויחס)
0./.צוות הפלגת נוחות עבור מקסמלית הטייה30 deg .
0.6.עבודה מתחום יציאה אין,צורך ללא הפלגה מאפשרת תמיד האמיתית הרוח זוית כלומר
מ או סיבוב בביצועהפך.
5. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
5
4.מערכת הנדסת
4.2.צירים מערכות הגדרת
4.2.2.אינרציאלי צירים מערכת נסמןקבועה.
איור2–אנרציאלית צירים מערכת
4.2.1.ע האמיתית הרוח את נגדיר"אינרציאלית למערכת ביחס וכיוון עוצמה וקטור י, Tws
וכיוונו גודלוTws-angle.כאשררוח עוצמתב נמדדת/ secmוהכיוון
במעלות.
4.2.0.הסירה גוף של כובד במרכז צירים מערכת נמקם1 1 1( , , )x y z
.
x1y1
x0y0
איור1–צירים מערכתגוף צמודת
0x0y
wsT
ws angleT
0 0 0( , , )x y z
6. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
6
y0
y1
Z1
Z0
איור0–הצירים מערכות על מאחור מבט
4.2.4.ההטייה זוית הינההסירה של
4.1.הנחות
צירx. 4.1.2.בכיוון רק מהירות קיימת
4.1.1.ציר בכיוון מהירות איןy.המפרש של ההסחה לכח במלואו מתנגד החרב כוח.
4.1.0.ציר סביב זוויתית מהירות קיימתxבלבד.
4.1.4.ציריxרגע בכל מתלכדים.1 0x x
4.0.בסיסיי מושגיםם
4.0.2.צד מבט
Hull
-sail
-Mast
-Boom
Keel
איור4–צד מבט
1 0x x
0 0y
7. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
7
4.0.1.על מבט
-Hull
-Sail
-Boom
-rope
איור/–על מבט
4.0.0.מאחור מבט
-
Hull
-Mast
-sail
-boom
-Keel
איור6–מאחור מבט
8. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
8
4.4.פ גדלים הגדרתיסיקליים
4.4.2.על מבט
Fsail
Fr
M
Tws Vw
ws angleT
איור/–גדלים–על מבט
4.4.1.מאחור מבט
J
sailF
frictionM
bM g
bM
h
d
איור8–גדלים–מאחור מבט
9. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
9
4.4.0.גדלים טבלת
0 bx Vהסירה מהירות
wsTעולם למערכת ביחס האמיתית הרוח עוצמת
ws angleT
רוח כיווןעולם למערכת ביחס אמיתית
wVגוף למערכת ביחס יחסית רוח עוצמת
גוף למערכת ביחס יחסית רוח כיוון(ועולם)
הגוף למערכת ביחס המפרש סגירת זוית
למערכת ביחס התקפה זויתגוף
sailFגוף למערכת ביחס המפרש של אוירודינמי כוח
rFגוף למערכת ביחס המים עם חיכוך
Mהסירה מסת
Jגוף למערכת ביחס לסיבוב אנרציה מומנט
זויתבין ההטייהzo , z1
bMהחרב בתחתית המשקולת מסת
frictionMהמיים עם חיכוך עקב להטייה מתנגד מומנט
hהתורן גובה
dהחרב עומק
טבלה2–הפיסיקליים הגדלים הגדרת
4./.ספרות
4.5.1. Fuzzy Logic Control System for Autonomous Sailboats
Roland Stelzer,Tobias Proll,and Robert I.John,Member,IEEE
4.5.2. THE CONTROL HNANDBOOK
William S.Levine,CRC press , IEEE
4.5.3. SAILING YACHT PERFORMANCE :THE EFFECTS OF HEEL ANGLE AND
LEEWAY ANGLE ON RESISTANCE AND SIDEFORCE
Sebnem Helvacioglu :Faculty of Naval Architecture and Ocean Engineering,ITU
Mustafa Insel :Faculty of Naval Architecture and Ocean Engineering,ITU
10. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
11
5.בקרה דרישות מפרט
הנ לדרישות שמביא הבקר"לקיים צריך ל:
2OS=0
1US=0
0ST=70 sec for step response
4ST=20 sec for disturbance
הסירה של המהירות התגובת על הן אלו דרישות.שהוגדרו והשינויים ההפרעות עבור
המפרש בכיוון התיקונים מקצב הנובעת סרט רוחב על הגבלה,רוחב נרצהנמןך סרט(שנראה כפי
המערכת מניתוח בהמשך)בתחום0.1לשנייה רדיאנים.
מה המהירות של העדכון קצבGPSבין הוא1 10Hz ,יש שגיאות לקבל לא כדי ולכןאת לתכנן
כאיטית הבקרה מערכת.
11. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
11
6.עקרוני תכןהפתרון ובחירת
ע יתבצע הפרוייקט מימוש"הכוללת מערכת יחשמלי ומפעיל אלקטרונית בקרה יחידת בתוכה–כננת
חשמלית.
לסירה ביחס המנור זווית את לשנות מנת על הראשי המיתר את ולשחרר לאסוף הכננת תפקיד()
תמדוד האלקטרונית הבקרההבאים הגדלים את:
6.2.יחסית רוח ועוצמת מהירותרוח מד באמצעות.
6.1.סיר מהירותאימפלור באמצעות ה
6.0.הטיה זוויתקלינומטר באמצעות.
6.4.מיטבית התקפה זוויתבהמשך שיוגדרו המפרש על חיישנים באמצעות.
חופש דרגת למערכתאחת,נשלוט בה המפרש סגירת זוית.
וע מקסימאלי קדימה דחף כוח לקבל מנת על המפרש את למקם כיצד מראש יודע השייט אין בפועל"י
מקס מהירות כךימאלית.
המפרש על המותקנים במדידים נעזר השייט(למפרש המודבקים דקים חוטיםתלתלים הנקראים6.4.)
האופטימאלית ההתקפה לזווית מגיע המפרש כאשר(להטיה יחס ללא(הרוח במורד הנמצא התלתל
(לרוח מתחת)אליו יותר צמוד ואיננו מהמפרש מתנתק,הת בה הנקודה את מחפש השייט כלומרלתל
התנתקות סף על.
הטיה אין עוד כל נכונה הזו התיאוריה,הטיה יש שאם ברור אך0 ולכן יורד המפרש על הרוח רכיב
המרבית המהירות את שנקבל לנו מובטח לא.הביצועים לשיפור עד המפרש את משחררים זה במצב.
הכוונון עיקרון את לדמות נרצה זה בפרוייקטאלקטרונים רכיבים בעזרת השייט של.
מנת על לרוח מתחת המפרש בצד מדידים נמקם האופטימאלית ההתקפה זווית את למצוא מנת על
האופטימאלית הנקודה את לאתר.בסימולינק אותם ונמדל כאלו מדידים קיימים כי נניח זה בפרוייקט.
עלים מפסקי באמצעות לממש ניתן המדידים את(micro switch)למפרש ולהצמידם.
12. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
12
המפרש של צד בכל זוגי אי מפסקים מספר נצמיד,ע תתקבל לשחרר או למתוח יש באם וההחלטה"י
רוב.שנותנת אחת כיחידה התלתלים את נמדל במודל2מינוס או2להחלטה בהתאם.
לו בקרה של תכנון כאן נדרשת מרבית המהירות בה מראש ידועה נקודה קיימת ולא מאחרמדת
הרוח לתנאי בהתאם האופטימאלית הנקודה את המחפשת,הסירה נתוני,הסירה ומהירות כיוון.
מנסיוננו,וסבסוב עלרוד הפרעות(pitch and yaw)בגלגול ההשפעות לעומת זניחות(roll),ואלו
בבצועים ההפרעה לעיקר גורמות.
13. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
13
7.רכיבים הגדרת
רכיבתפקידכמות
חשמלית כננתזוי כיווןהמפרש ת2
אלקטרוני רוח מד–תורן בראשועוצמתה היחסית הרוח זוית מדידת2
מהירות מד–גומי אימפלורבמיים הסירה של המהירות מדידת2
אלקטרוניים תלתליםהאופטימלית ההתקפה זוית מציאת6
נתונים עיבוד יחידתלכננת פקודה ושליחת מהמדידים נתונים קבלת2
מגבראת להמירהפעלה למתח הבקר פקודת2
טבלה1–רכיבים הגדרת
8.מקטלוג רכיבים בחירת
8.2.כננתחשמלית
הכננת דינמיקת את מזניחים כי היא ההנחה,רצוייה במהירות מסתובבת היא בפקודה כלומר.
מתח נדרש לא מצב לשמור כדי כלומר פנימיים מעצורים עם היא הכננת כן כמו.
מהירו עם כננת לבחור נרצההנדרשים במומנטים ועמידה מקסימלית עבודה ת.
הסירה של קיצוניים עבודה תנאי עבור מקסימלי נדרש מומנט נחשב.
נניח:
3
2
1.2 /
20 /
50
air
sail
kg m
V m s
A m
הוא אלו בתנאים המפרש שיוצא הכוח:
2
0.5 12000F V A N
וש גיאומטריה מתוך"המנור תורן על מומנטים מ,בקצה שהכוח נקבללאיזון הדרוש המנור
הוא:
2/ 3 12000 8000F N
של גלגלות עקב כוח הפחתת במערכת קיימת3./הוא בחבל המתיחות כוח לכן4000tF N.
בחבל ליצור מהכננת שדרוש הכוח הוא זה כוח.
14. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
14
הם הנתונים מסויימת כננת עבור:
( ) drum diameter
( ) winch power with 12V supply
( / min) line speed
D m
P watt
Vr m
נבצעע המיוצר המומנט בין השוואה"החבל שמפעיל זה לבין הכננת י
/
2
2
60
min
67
60
t
t
D
P F
Vr
D
FP W
Vr m
מהירות אלו הנחות תחת נרצהVrהמפרש של מהיר לכיוון להביא כדי מקסימלית.
נישל למפרט גשHARKENביאכטות ימיים לשימושים יעודיות חשמליות כננת המייצרים.
ביותר המהירה הכננת את נבחן ראשית(B40.2s)השיוון באי נקבל עבורה72 67כלומר
ביטחון מקדם ללא גבולית כננת.
בכננת נבחר איטרציות מספר לאחרB53המתאימה הרקן חברת שלכן כמומפרש לסירת
של גודל בסדר43רגל.
16. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
16
וביצועים הספק נתוני
טבלה4–לכננות הספק נתוניHARKEN
8.1.אלקטרוני מכשור
וכן המהירות ומד הרוח מד את כולל האלקטוני המכשורGPSאת לחשב נתן שבעזרתו
המהירותנוספת בצורה.
ואלקט ניווט מערכת קיימת סירה בכלהמקובל נתונים הפרוטוקול אך שונה חברה של רוניקה
הרכיבים חיבור את לפשט כדי וזאת החברות בכל זהה היום.
בקירוב הוא הנתונים של העדכון קצב2הרץ.
הוא אלו במערכות המקובל הפרוטוקולNMEA3280אוNMEA1333.העברת פרוטוקול
טורית בצורה הודעות שליחת על מתבסס נתונים,ע למערכת מתחבר מדיד כל כאשר"י
חיבורNMEAלשליחה מראש שהוגדר הודעות ושולח סטנדארטי.
ה פרוטוקולNMEAאוnational marine electronics association,הגדרת על מתבסס
כ רכיבים"מאזינים"listeners"וכמדברים–talkers.מחשב כל עם למערכת להתחבר ניתן
סריאלי חיבור עם,לעבדם ולהמשיך מהמדידים הנתונים את לקרוא ובכך.
ה בפרוטוקולNMEAוע תשדורת כל בתחילת מפתח מילות מראש מוגדרות"את מזהים כך י
בהמשך שבא המידע.
17. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
17
בפרוטוקול המקובלת המפתח מילות הגדרות להלן
NMEA Input - NMEA Sentence Message Description
APB Headi ng/Track Controller (Autopilot)Sentence “B”
DBT Dept h Below Transducer
DPT Transducer Depth and Offset
GGA Global Positioning system fix data
GLL Geographic Position,Latitude and Longitude
GSA GNSS DOP and Active Satellites
GSV GNSS Satellites in View
HDG Heading Magnetic,Deviation and Variation
MWD Wind Direction and Speed (TWD °M /°T and TWS)
MWV Wind Speed and Angle (AWS and AWA,flag set to R)
RMB Recommended minimum navigation information
RMC Recommended minimum specific GNSS data
VHW Water Speed and Heading (°M /°T)
VTG Course Over Ground and Speed Over Ground
ZDA Tim e and Date
ZTG UTC and Time to Destination Waypoint
NMEA Output - NMEA Sentence Message Description
DPT Transducer Depth and Offset
GGA Global Positioning System Fix Data
GLL Geographic Position,Latitude and Longitude
HDG Heading Magnetic,Deviation and Variation
HDM Headi ng,Magnetic
HDT Headi ng,True
MTW Water Temperature,°C
MWD Wind Direction and Speed (TWD °M /°T and TWS)
MWV Wind Speed and Angle (AWS and AWA,flag set to R)
RMB Recommended minimum navigation information
RMC Recommended minimum specific GNSS data
VHW Water Speed and Heading (°M /°T)
VLW Distance Travelled through the Water
VTG Course Over Ground and Speed Over Ground
18. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
18
הבא באופן המחשב חיבור צורת:
איור23–מקבי קבל בעזרת מחשב חיבורלממשק ליNMEAטיפוסי
למילים המתלווים הנתונים את נקרא אנוAWAAWS(ועוצמה יחסית רוח כיוון)וVHW
(האימפלור בעזרת נמדד למיים ביחס מיהירות)
19. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
19
9.מודלים פיתוח
9.2.החופש דרגות הגדרת
9.2.2.בכיוון תנועהX-קוי תנע מאזן
9.2.1.ציר סביב גלגולX-זויתי תנע מאזן
Fsail
Fr
M
Tws Vw
ws angleT
Vy1
Vx1
איור22–זויותשולטות
9.1.התנועה משוואות פיתוח
9.1.2.היחסית הרוח הגדרת
9.1.2.2.העולם במערכת היחסית הרוח כיוון
1
1
1
1
| | cos( )
sin( )
arctan[ ]
sin( )
arctan
| | cos( )
x b ws ws angle
y ws ws angle
y
x
ws ws angle
b ws ws angle
v V T T
v T T
v
v
T T
V T T
9.1.2.1.היחסית הרוח עוצמתVw
0.52 2
sin( ) cos( )w ws ws angle b ws ws anglev T T V T T
9.1.1.ההתקפה זוית הגדרת
20. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
21
9.1.0.המפרש כוח–ה זוית לסינוס ופרופורציונאלי למנור בניצבהתקפה(עם חיכוך נזניח
האויר)
2
1 sinsail A w sailF k V A
9.1.4.במיים הגוף של הדרודינמי חיכוך כוח
2
2r R W b HullF k C V A
9.1./.בכיוון כוחות מאזן0x:
קדימה המפרש כוח
:
sin( ) cos( )forward sailF F
המ עם החיכוך כוחיים:
כוחות מאזן:
forward r
F a
F F
a
9.1.6.סביב מומנטים מאזן0x
J
sailF
frictionM
bM g
bM
h
d
איור21–בגלגול מומנטים מאזן
מומנטעהמפרש כוח קב:
2
2r R W b HullF k C V A
21. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
21
1
cos
3
sailF h
הקיל משקל עקב מומנט
sinbM g d
חיכוך עקב להטייה המתנגד מומנט
2
3 ( )water hullk A sign
החרב על עילוי עקב מומנט
4 ( )bk abs V
המסה מרכז סביב מומנטים מאזן
M J
22. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
22
11.מימושבסימולציה המודל
23.2.מימושבסימולינק מתבצע התנועה משוואות
איור20–בסימולינק הסירה מודל
23.1.ה"בלוק"הדינמאיות המשוואות אוסף הוא המרכזי,בצורה מתבצע המערכת פתרון
רציפה.בנספח מופיע הקוד פירוט2.
23. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
23
23.0.יישוםהמודל
איור24–המלא המודל
הנ המידול"הסירה יחידת את כולל ל(במרכז)והכניסות היציאות את וכן קודם תיארנו שאותה.
בצור מהכננת מגיע הבקרה אותמפרש סגירת זוית ת.נוספות כיסות שתי למודל:וכיוון עוצמה
הסביבה תנאי את לנו מגדירות אשר אמיתית רוח.
23.4.הכננת מידול
הכננת במציאותחבל ואוסף מסתובב בפקודה אשר מנוע היא.אוספת הכננת בסירה
הסירה לגוף ביחס המפרש זוית את משנה ובכך הראשי מיתר את.
דינמיקת בהזנחתהכננת–המיתר של מידי לאיסוף גורמת פקודה כלומר,למדל ניתן
כאנטגרטור הכננת את.הסירה גיאומטרית מתוך מחושב במודל האנטגרציה קבוע
והכננת(המודל נבנה נתוניה סמך שעל. )
24. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
24
איור2/–הראשי מיתר גיאומטרית
מהיר לבין החבל מהירות בין שהקשר לראות ניתן הציור מתוךהמפרש זוית שינוי ות
לינארי ואיננו קבוע איננו.
2 2
1.5 / sin
1
cos 1.5
ABC
x
x
x
2 2
'
cos
/ 4.4 sin
2 2
1.5
sin
8.8 2
A BD
x
x
ע"ובמהירות המפרש במיקום כתלות הזויתית למהירות ביטוי נקבל הקשר גזירת י
הכננת.
25. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
25
2 2
4.4cos 1.5
x x
x
בין הקשרלXהמתקבלהוא:
1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0
10
20
30
40
50
60
70
x(m)
phi(deg)
איור26–החופשי המיתר באורך כתלות המפרש סגירת זוית
היצרן ממפרט החבל איסוף מהירות בצירוף הללו הנתונים הנתונים הצבת ולאחר
הזויתית למהירות תוצאות מקבלים
26. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
26
0 10 20 30 40 50 60 70
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
phi(deg)
phiv
elocity(deg/sec)
איור2/–המפרש בזוית כתלות המפרש סגירת מהירות
שהמהירות רואים אנולזוית מזוית ושונה בתחום קבועה איננה המפרש של הזויתית
הסירה של הגיאומטריה עקב.
של בתחום הוא העיקרי העבודה ותחום היות3-43מעלות.קבוע המידול לצורך נקח
של1לשניה מעלות.
הסירה עבור לכננת פשטני מודל מתקבל האנטגרטור של הקבוע עדכון לאחר.חשוב
שבמציאות לזכורהבקרה במערכת בחשבון נלקחת ואיננה חומרה היא הכננת
שמחברים האלקטורנית,אנטגרטור בפועל שהוא המפעיל היא.במודל אצלנו,
הכננת לבין הסירה התנהגות בין הפרדנו(המפעיל.)
למצב מוגבלת והיא רציפה איננה הכננת מהירות בפועלon/offהכיוונים בשני,ולכן
כ לנו מתווספתבהמשך בה שנטפל לינאריות אי אן.
27. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
27
בסימולינק הכננת של המידול להלן:
איור28–הכננת מידול
לראות ניתן במידול:
מצב על הגבלהon/off (sign),האנטגרטור הגבר-2מתיחה פקודת שכן
הזוית להקטנת גורמת.
יתר שחרור או מתיחה מפני הגנה–רוויה(ה המותר התחוםבין וא3ל93מעלות)
23./.התלתלים מידול
התלתליםצידי משני למפרש המוצמדים דקים חוטים הינם.להראות החיישן מטרת
המפרש של הנמוך הלחץ בצד זרימה התנתקות קיימת באם לשייט.
28. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
28
איור29–כנף על לחצים הפרש
מטוס של לכנף בדומה מתנהג הסירה מפרש,ועקב לכנף מציפה זרימה קיימת
עילוי כוח מתקבל לחצים הפרשי.
ההתקפה זוית כאשר(לזרימה ביחס המפרש זוית)מסויים ערך מעל גדלה(תלוי
בכנף7מפרש–בקירוב2/מעלות)מהמפרש מתנתקת הנמוך הלחץ בצד הזרימה
עילי כוח ומאבדים.
איור13–הזרימה על ההתקפה זוית השפעת
29. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
29
בדאגרמה לראות אפשר,מעל הנוצרת ההתנתקות את מסויימת זרימה זוית שמעל
2/מעלות.
הזרי בכיוון אחורה ומתוך למפרש צמוד התלתל למפרש צמודה הזרימה כאשרמה.
התנתקות מתחילה כאשר,נפר התלתלדעקב מטה נופל או קדימה נשאב מהמפרש
הטורבולנטית הזרימה.
איור12–תלתלים-elltalesT
התלתלים את לראות ניתן זו בתמונה"הרוח במורד( "אדום בצבע)למפרש צמודים
טובה הזרימה כלומר.
חיישן כזה לממש כדי,דק עלה במפסק נשתמש,סגור יהיה טובה הזרימה וכאשר
למפרש וצמוד.
המודל לצורך,חצי היא האופטימלית ההתקפה שזוית הקובע האצבע בכלל נשתמש
היחסית הרוח מזוית.
/ 2optimal
כלומר,את מידי יותר מתחנו אז נתון במצב זה מערך גדולה בפועל ההתקפה זוית אם
ולמתוח להמשיך ניתן זה מערך קטנה ההתקפה זוית אם ולהפך לשחררו ויש המפרש
המפרש את.
30. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
31
איור11–התלתלים מידול
מקבל המודל:
יחסית רוח זוית–relative()
זוימפרש סגירת ת–sail angle()
בפועל ההתקפה זוית את מחשב המודל- הרוח זוית לחצי אותה ומשווה
היחסית.
מוציא לתוצאה בהתאם2מינוס או2.קטן מת תחום גם הוספנו,במציאות שגם מכיוון
מדו לא האופטימלית הנקודהייקתזו נקודה לפני קצת יציבות לאבד מתחיל והתלתל.
היציאות:
Telltales-הבקרה לשימוש
Optimal attack–בלבד נתונים הצגת לצרכי
מסויימת מפרש סירת של פולרי עקום הינה הבאה הדיאגרמה.
31. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
31
איור10–פולרי עקום
ה את מתארת זו דאגרמהכל של החזוייה המקסימלית מהירותרוח בתנאי סירה
שונים.שיותר כמה למהירות הסירה מהירות את להביא היא בפרוייקט שלנו המטרה
הפולרי בעקום הנתונה למהירות קרובה.שונה פולרי עקום קיים סירה כל עבור כמובן
רבים ניסויים ולאחר מיוחדות רוח ומנהרות במעבדות מורכב אשר.
32. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
32
22.הבקרה תכן
22.2.הבקרה יתכנות בדיקת
22.2.2.גולינאריים אי רמים
כגון ליניאריות לא בפונקציות התלויים תנועה ומשוואות חישובים: sin,cos,^2
וכד'.
המהירות בין בתלות מונוטוניות אי(המניע המפרש כוח(זווית לבין
המפרש/התקפה.האופטימאלית הנקודה מעבר עקב
ל נגיע ולכן הספינה מהירות על ישירה בקרה על מקשים אלו גורמיםתוצאה
המבוקשת–מקסימלית סירה מהירות דהיינו,ע לא"על ישירה בקרה י
הטייה זוית על לחילופין או התקפה זווית על בקרה חוג דרך כי אם המהירות
מנוטוניות קיימת ששםהפקודה בין(מפרש מתיחת)התוצאה לבין(תקפה זוית
הטייה או)אם שבו למהירות מפרש מתיחת בין בקשר כמו שלאעוברים
מסויימת נקודה(וזוית המפרש כיוון של האופטימלית הנקודה לה נקרא
ההתקפה)קודם שהייתה לזו הפוכה המפרש מתיחת להמשך התגובה,ולכן
פה תעבוד לא רגילה לינארית בקרה.
לכן,אותנו שתביא אופטימלית התקפה נקודת אחרי ראשון בשלב לעקוב נרצה
מייטביים לביצועים.פונקציהsimulinkהתלתלים חיישן את לנו תדמה
זו נקודה למצוא ניתן שבעזרתו.
22.2.1.המערכת זיהוי
המערכת כי ברור בפועל שייט כלי התנהגות הכרת וכן המודל הבנת מתוך
בפועל היא שלנוSIMOאחת כניסה כלומר(המפרש זוית)יציאות ומרובת
כדוגמאת:מהירות,הטייה,התקפה זוית,רוח זויתרוח מהירות יחסית
יחסיתוכד.
חישוב בעזרת עקיפה בצורה או ישירה בצורה למדוד שניתן גדלים הינם אלו כל
פשוט(התקפה זוית כדוגמאת).
לכך אי,מקורבים קשרים למצוא נרצה(אנליטיים או גראפיים)הכניסה בין
33. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
33
המערכת התנהגות על ללמוד ובכך השונות ליציאות.ע"זי ביצוע יהויבעזרת
סינוסואידליות כניסות הכנסתניתן שבעזרתן למערכת תדר תגובות לקבל נוכל
למגבלות בהתאם לסירה בקרה מודל לפתח יהיההשונות.
הזיהוי ביצוע אופן
כזה הוא הזיהוי עקרון,מסויים בתדר למערכת הכניסה את שמאלצים
ה והזזת האמפליטודה את ומודדים מסויימת ובאמפליטודהביציאה פאזה
המבוקשת.
התנהגות על שומרת היציאה עוד כל תדרים בתחום מתבצע הזיהוי
שונות הרמוניות מתקבלות ולא סינוסואידלית.
נקודת את בעצם שמגדיר לסינוס מסויים ממוצא לבחור יש זיהוי לבצע כדי
שלנו העבודה,מכל לקזז יש הספציפי התדר עבור התגובה קבלת לאחר
של התוצאותמ ההיסט3(ש מערכי הנובע"מ)ההיגבר את למצוא מכן ולאחר
הפאזה והזזת.
ש ובערכי שונים עבודה בתנאי הזיהוי על לחזור יש"השנות לוודא כדי שונים מ
תוצאות.
ולכן מונוטוניות בעיות עקב לינארית איננה שלנו שהמערכת בנוסף לזכור יש
למהירות המפרש מתיחת בין הקשר בזיהוי,ישמהנקודה רחוקים שאנו לוודא
המונוטו נפסקת שבהנאוירודינמיות סיבות עקב יות.אנו זו לינאריות באי
התלתלים בעזרת מטפלים"שאומרים"לא או הנקודה את עברנו אם לנו.
התוצאות של דומה התנהגות וגילנו משקל נקודות במספר זיהוי ביצענו.
34. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
34
קדמית ברוח הפלגה תנאי עבור התוצאות את נציג,היא הרוח עוצמת שבה13הוא לסירה ביחס האמיתי וכיוונה קשר43מעלות.
תדר כל עבור,והקיזוזים הנתונים העיבוד כל בוצע,הפאזה והזזת ההגבר ונמצאו,קשרים שלשה עבור:מפרש-התקפה זוית,מפרש–הטיה
,מפרש–מהירות
טבלה/–הזיהוי תוצאות ריכוז
תדר(לשניה רדיאן) 0.001 0.005 0.010 0.020 0.040 0.080 0.100 0.400 0.800 1.000 1.300 1.500 1.800 2.500 3.000 3.500 4.000
זוית
התקפה
הגבר1.160 1.160 1.160 1.159 1.157 1.149 1.144 1.046 0.994 0.989 0.989 0.990 0.992 0.995 0.997 0.997 0.998
הגברdb 1.287 1.286 1.285 1.285 1.264 1.206 1.165 0.392 -0.052 -0.097 -0.098 -0.087 -0.069 -0.042 -0.030 -0.023 -0.017
במעלות זוית0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -2.000 -3.380 -4.350 -1.830 -2.300 -0.744 -0.859 -1.030 -1.432 0.000 0.000 0.000
הטטיה
הגבר1.552 1.549 1.549 1.549 1.550 1.552 1.553 1.557 1.353 1.198 0.992 0.882 0.750 0.548 0.456 0.389 0.338
הגברdb 3.816 3.802 3.802 3.803 3.807 3.816 3.821 3.844 2.624 1.567 -0.066 -1.091 -2.496 -5.226 -6.821 -8.203 -9.424
במעלות זוית0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -1.000 0.000 -15.000 -40.000 -52.710 -64.050 -70.470 -78.380 -88.808 -92.819 -102.270 -105.424
מהירות
הגבר0.060 0.060 0.060 0.060 0.060 0.058 0.057 0.036 0.019 0.014 0.009 0.007 0.005 0.003 0.002 0.002 0.001
הגברdb -24.423 -24.423 -24.423 -24.451 -24.510 -24.746 -24.913 -28.874 -34.610 -37.329 -40.915 -43.098 -45.849 -51.057 -53.979 -55.918 -57.721
במעלות זוית0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -17.640 -18.900 -71.000 -104.507 -114.590 -122.154 -126.337 -130.978 -134.645 -137.509 -138.369 -135.218
35. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
35
יציאה כניסה קשר–התקפה לזווית מפרש זווית
bode התקפה זוית
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0.001 0.01 0.1 1 10
log(rad/sec)
dbהגבר
איור14–התקפה זוית הגבר עקום
פאזה
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
0.001 0.01 0.1 1 10
log(rad/sec)
זוית
איור1/–התקפה לזוית פאזה עקום
זה עבודה שבטווח לראות ניתן,מ קלה הגבר ירידת יש1.2dbל0dbה בתחום"נפילה"יש
פיגורשל קטן פאזה-4מעלות.
אינסופי הוא הסרט רוחב,שבחנו התדרים תחום כל את מעביר הוא.
הנמוכים התדרים שבתחום להניח ניתן,כקבוע היא הקשר של ההתנהגות.זאת תכונה
36. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
36
שבה למציאות בהתאם הינה,ולכן משתנה ואיננה כמעט המהירות איטי מפרש שינוי עקב
מ איננו היחסי הרוח כיוון גםשתנה,בזוית המפרש את מותחים אנו כאשר מכך כתוצאה
זוית באותה משתנה ההתקפה זוית מסויימת.
37. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
37
יציאה כניסה קשר–הטייה לזוית מפרש זוית
bode הטייה
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0.001 0.01 0.1 1 10
log(rad/sec)
dbהגבר
איור16–הטייה לזוית הגבר עקום
פאזה
-120.000
-100.000
-80.000
-60.000
-40.000
-20.000
0.000
20.000
0.001 0.010 0.100 1.000 10.000
log(rad/sec)
זוית
איור1/–הטייה לזוית פאזה עקום
למערכ דומה התנהגות לראות אפשרראשון מסדר ת.
הסרט רוחב(של הנחתה2דציבל)בקירוב1לשניה רדיאן.של זווית פיגור ובו50מעלות
רוח עוצמת עבורוכיווןשונים,משתנהבמקצתהסטטי ההגברהעקום שלההתנהגות אך
נשמרת
38. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
38
יציאה כניסה קשר–למהירות מפרש זוית
bode מהירות
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
0.001 0.01 0.1 1 10
log(rad/sec)
dbהגבר
איור18–למהירןת הגבר עקום
פאזה
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0.001 0.01 0.1 1 10
log(rad/sec)
זוית
איור19–למהירות פאזה עקום
מונוטוניות האי בעיית עקב בבקרה ישום זה בקשר נבצע לא.
של התנהגות ברורה כאן גםLPF.
חשוב תוצאההיא מזיהוי הבכניסה לשינויים ביחס איטיים במהירות שהשינויים להבין.
39. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
39
22.2.0.ההגבר מעבר תדר על פיסיקליות השפעות
כנמוך להיבחר יכול המערכת של ההגבר מעבר תדר,ההפרעות גם שכן
ע מוגבלת בסירה שלנו השליטה יכולת וגם נמוכה בתדירות מגיעות"סל י"ד
הכננת.
סל"ב לסירה ביחס המפרש זווית גודל שינוי את מגביל הכננת ד1
לשנייה מעלות.תדירות ולא הכניסה מהירות בעצם שזו להבחין יש.
22.1.בפועל השייט מיישם אותה והבקרה הלוגיקה
מתפ בפועלהבקרה מערכת בתור השייט קד,במהירות השינויים את וקורא חש הוא
הסירה בהתנהגות וכן הרוח ובעוצמות בזויות,ע"להשיג כדי המפרשים את מכוון כך י
מירבית מהירות.באמצעות השייט פעולות את ליישם תהיה מטרתנו זה בפרוייקט
אוטומטית בקרה מערכת.
שני באמצעות בסירה שולט השייטהבקרה מערכת הוא כאשר עיקריים בקרה חוגי
לוגיים קריטריונים סמך על ביניהם ובורר.
במקביל,המהירות לשיפור גורם שינוי איזה רציף באופן השייט מחפש,זה חיפוש
ע ופועל איטי הינו"מהחוגים אחד בכל הרפרנס שינוי י.התדר בתגובת וראינו היות
למהירות המפרש כיוון בין שהקשר,להיות חייב זה שחיפוש ברור ביותר איטי הינו
ביותר איטי.
החוגים תאור
הראשון החוג:אופטימלית התקפה זוית אחר עקיבה
את מתקן אך הנתונה לרוח בהתאם המפרש את למתוח כמה מעריך השייט
הרצוייה ההתקפה זוית למציאת על התלתלים לפי הנקודה,צריך הביצועים שבה
מיטביי להיותם,לעקוב ממשיך הוא ואחריה.
השני החוג:רצוייה הטייה זוית אחר עקיבה
עקרוני באופן,יותר המפרש את שמותחים ככל,גדלה ההטייה.איננו השייט
סיבות ממספר גדולה בהטייה להפליג רוצה:
גדולות הטייה בזויות,התקפה בזוית אנו אם גם במהירות פגיעה קיימת
שכן אופטימלית,רההטייה עם קטן למפרש הניצב הכוח כיב.
ההפלגה בנוחות פוגעת גדולה הטייה.
40. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
41
הצידה הסירה של יותר גדולה להסחה גורמת גדולה הטייה,במודל שאצלנו
הזנחנו.
כיוון בשמירת מקשה כן ועל הסירה בהיגוי פוגעת גדולה הטייה.
לחוג חוג בין הברירהקריטר סמך על ומתבצעת טריביאלית איננהקבועים יונים
ומתקיימים שבמידה מראש,הפעולה מוד משתנה.
ה עולה כמובןבתכונות לפגועה מבלי החוגים בין להחליף ניתן האם שאלה
המערכת של הרציפות.המעבר שבאת מכיוון שניתן היא המתקבלת התשובה
המפעיל שהיא הכננת לחוג מחוג(אנטגרטור)מסדר רציפות מוודאת3כיוון בזוית
המפרש.פיזיקלית הינה הסירה ומערכת היות,יהיו גם כך רציפה הכניסה כאשר
היציאות.כאשר הבקרה במערכת התחלה תנאי מספר להתאים עלינו יהיה
לחוג מחוג קופצים,ברציפות פגיעה כאשר אין אך.
החוגים בין הקביעה אופן את נתאר.
התקפה זוית של פעולה במוד מתחילים אנו כי נניח.
אז שקבענו הטייה מגבלות תחת רצוייה עבודה נקודת על מתייצבים אנו אם
נשארזה בחוג ים.
ההתקפה בחוג המפרש מתיחת כדי תוך אם,אז גבולית להטייה מגיעים
הטייה לחוג משנים.
עת בכל,רוח שינוי ועקב במידה/אחרת סיבה מכל או זוית,גדלה ההטייה,
הטייה לחוג עוברים,תלתלים להתנתקות ומגיעים יורדת היא וכאשר,עוברים
ההתקפה זוית לחוג.
22.0.א עקיבה חוגאופטימלית התקפה זוית חר
החוג של עיקריים מאפיינים בתחילה נציג:
הרפרנס–רצוייה התקפה זוית
היציאה–התקפה זוית
למערכת הכניסה–מפרש זוית.
הבקר/מפעיל–בלבד הכננתזה בשלב,שלא הראשוני התכן לצורך נניח
רציפות מגבלות קיימות.
41. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
41
מפרש זוית בין המערכת של התדר בתוגבתהתקפה זוית לבין(סעיף22.2.1(מצאנו
כקבוע היא נמוכים בתדרים המערכת שהתנהגות.קטן אלו בתדרים ההגבר שינוי
אפסי בפאזה ופיגור.
כ המערכת את להציג ניתן שלנו העבודה בתחום:1.2p
שראינו כפי,שהיא הכננת את בחשבון לקחת יש שנסגור חוג בכלהאנטגרטור
2
actuatorP
s
בלבד והמפעיל המערכת עם הפתוח החוג של ניקויסט עקום נציג:
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
-10
-5
0
5
10
Nyquist Diagram
Real Axis
ImaginaryAxis
אחד אנטגרטור לנו יש בחוג,חיובי הגבר לכל יציב שהחוג ברור ניקויסט מתוך ולכן
שנרצה.
42. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
42
-20
-10
0
10
Magnitude(dB)
10
0
10
1
-91
-90.5
-90
-89.5
-89
Phase(deg)
Bode Diagram
Gm = Inf , Pm = 90 deg (at 2.4 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
איור03–הפתוח החוג של בודה עקום
ועודף אינסופי הגבר עודף יתן הפתוח החוגכ של פאזה90מעלות,ניתן ולכן
רצוייה התקפה זוית אחר עוקב חוג לסגור,קבוע התהליך כאשר,לנו ויש
בלבד מפעיל.בחצי קוטב עם ראשון מסדר כמערכת יתנהג הסגור החוג
מצב שגיאת ללא לנו מובטחת התקפה זוית אחר ועקיבה השמאלי המישור
הפרעות דחיית וכן מתמיד.
1.2
2
2.4
1 2.4
p
c
s
cp
G
cp s
משך על הגבלה וכן מהירותה על מהגבלה הנובועת הכננת על מגבלות לנו יש בפועל
עבודתהחשמל בצריכת לחסוך מנת על.
וניתנו במודל לינאריות לאי גורמות אלו מגבלות שתיתממסור עם מת כתחום למידול.
איור02–מת תחום עם לממסור סכמטי תיאור
43. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
43
-המת התחום רוחב
h=2(הפקודה ממסור)
החוג יציבות לוודא כדי,המחזוריות התנודות של התבדרות ואי(limit cycles)נבדוק
המתארת הפונקציה שיטת באמצעות.
בח הממשי הציר לאורך עקום היא הזו לינאריות האי של המתארת הפונקציההמשור צי
השמאלי.
סמך על מוגדרת העקום של ימנית הכי הנקודתhוהוא וערכה
2h
.
עקום בין חיתוכים קיימים אם לראות יש המתארת הפונקציה של התאוריה מתוך
המתארת הפונקציה עקום לבין הלינארי הפתוח החוג של נייקויסט.היותובין חיתוך אין
העקומים,תנודות ללא יציבות קיימת.
הכננת עם עבודה לפחות אך יותר גדולה לשגיאה גורמת המת התחום הגדלת
והקביעה באה כאן,בחשמל חסכון מול הדיוק חשיבות
הרצויה ההתקפה זוית קביעת
התלתל בעזרת לחפשה ויש מראש לנו ידועה איננה האופטימלית ההתקפה זויתים.
התלתלים מידול מתוך,מקבלים אנו2,3,מינוס או2המפרש למצב בהתאם,האם
לא או האופטימלית הנקודה את עברנו.
ואח בתחילה למתוח כמה בקירוב יודע השייט"מתקן כ,של ראשוני רפרנס נקבע ולכן
2/מעלות.
מדי בפועל שהם מהתלתלים היציאה את אנטגרטור באמצעות נסכוםלזוית נוסף ד
הרפרנס עם ונסכם ההתקפה.
את שמתקנת אופטימלית התקפה זוית עם הפנימי לחוג יציאה לנו מובטחת זה באופן
עצמה.
44. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
44
שני לסדר המערכת סדר את מעלה אשר חיצוני נוסף חוג לנו מתקבל.
המערכת דיאגרמת להלן:
איור01–התקפה זוית אחר לעקיבה הכולל החוג
הפנימי החוגיציב הוא כי ומצאנו קודם שתכננו זה הוא.
התלתלים חיישן את כולל הנוסף החיצוני החוגHרציפים ערכים מוציא הניתוח שלצורך
אופטימלית התקפה מזוית לשגיאה ופרופוציונאלי( .מוציא במפועל23מינוס או2)
החיצוני לרפרנס ומוסיפה הזו השגיאה את שסוכם אנטגרטור כולל כן כמו.
אנטגרטורים שני וכוללת שני מסדר המערכת,ההגבר את למצוא נותרXולוודא
יציבות.
הוא החוג של האופייני הפולינום:2
2.5 2.4s s xH
של המקורב ערכוHמינוס הוא2,הרבה לכל יציבה תהיה המערכת ולכןXחיובי
שנרצה.
שני מסדר והמערכת היות,ערך מעלXמסויאוסטילציות נקבל ים,שעל מכיוון וזאת
הפנימי מהחוג איטי להיות החיצוני החוג.
ה תחום את נמצאX-אוסטילציות יש שבו ים,המשואה פתרון מתוך מתקבל הוא
הריבועית,קומפלקסיים שורשים אין כאשר-0.6x .הוא שנבחר ההגבר ערך3.2,
עודף להשאיר כדי וזאתשל החיצוני בחוג הגבר6.
45. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
45
שלנו קביעה והיא רציפה איננה מהתלתלים היציאה סכימת.ששינוי יודעים אנו
בשנייה דגימה של איטי אנטגרציה זמן נאלץ ולכן איטי יחסים בפועל התלתלים.בנוסף
כ ההגבר קבוע את הגדרנו לכך3.2.איטי יהיה העקיבה זוית שתיקון לנו מובטח ולכן.
מ עללוודא נתהמותר לתחום מחוץ רצויה התקפה זוית תתקבל שלא(3-93מעלות)
חוג האנטגרטור על נסגור(ANTI WINDUP)בזוית לרוויה נכנס שלא מוודא אשר
ההתקפה.
איור00–הרצוייה ההתקפה זוית הגדרת
הנ הבלוקים בדיאגרמת"ל,כניסה עם הדסקרטי האנטגרטור את לראות ניתן
מהתלתליםה את וכןANTIWINDUPשהוספנו,לערך מתווספת ממנו היציאה כאשר
ההתחלה בתנאי שהוא רצוי רפרנס2/.הנוספת הכניסהresetוהיא בהמשך תוסבר
החוגים בין הברירה לוגיקת את למערכת מכניסה.
22.4.הטייה זוית על חוג הגדרת
קודם שהסברנו כפי,אחר עוקב אשר נוסף עקיבה חוג לנו דרושרצוייה הטייה זוית,
על לשמור ניתן לא אשר ועד מסויים רף עוברת ההטייה כאשר לפעול נכנס זה חוג
התלתלים במגבלות זו הטייה.
הוא גורם שאותו הוא ביניהם היחיד והקשר ההתקפה זוית בחוג תלוי איננו הזה החוג
המפעיל.
במציאות,ע הזה החוג מימוש"וכ ביותר בעייה הינו השייט יקיימות תמיד מעט
בתגובה אוסטילציות.את לשפר מנת על בפרדיקציה נעזר השייט לכך בנוסף
ע הביצועים"לנו קיים שאינו כלי במפרש לפגוע שעומדת הרוח וזיהוי קדימה הסתכלות י
46. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
46
האוטומטית בבקרה דומות לבעיות נצפה לכן האוטומטי במימוש.
כני בקשר המערכת עבור שבוצע הזיהוי מתוךיציאה סה:מפרש זיות–הטייה זוית,
הרלוונטית התדירות בתחום לקרב ניתן(עד2לשניה רדיאן)למעביר המערת את
של פינה תדירות עם נמוכים3.8של סטטי הגבר ועם לשניה רדיאן2./.
bode הטייה
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0.001 0.01 0.1 1 10
log(rad/sec)
dbהגבר
איור04–ההטייה לזוית הגבר עקומת
בלבד המפעיל בתוספת המערכת יציבות את נבחן(כננת)
1.5*0.8
0.8
p
s
,
2
actuatorc
s
הוא החוג של האופייני הפולינום:2
0.8 2.4s s k
כאשרkהחוג הגבר הוא.חיובי הגבר לכל יציב שהחוג מכאן ברור.
47. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
47
-100
-50
0
50
100
Magnitude(dB)
10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
2
-180
-135
-90
Phase(deg)
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 28.9 deg (at 1.45 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
איור0/–הפתוח ההטייה לחוג בודה עקום
ההגבר שעודף לראות ניתן בודה עקום מתוךקטן יחסית הפאזה עודף אך סופי אין אכן
,אוסצילוטורי למצב קרובים אנו כלומר.ההגבר ערך את נמצא האופייני הפולינום מתוך
תנודות נקבל שמעליו–עבור0.07k .אוסטילצ לנו שיהיו לנו ברור לכןבמערכת יות
ריסון עם יציבות אמנם(הוא הטבעי שההגבר מכיוון2)
אחד הגבר עם ובקר הכננת מפעיל עם יציב הסגור שהחוג מתקבל לסיכום.בחוג
מתמיד במצב שגיאה תהיה לא תיאורתי,ביציאה יתר תנודתיות למנוע כדי אך,נוסיף
מיותרת כננת עבודת ימנע אך בעקיבה לנו יפגע אשר מת תחום כאן גם.בהטייה הדיוק
במצ אנו אין כה בין שכן אקוטי אינואופטימלי הפלגה ב.
הכננת וממסור המת מהתחום הנובעות לינאריות האי לנו קיימות כאן כםrelay and
dead zoneהמתארת הפונקציה באמצעות יציבות בדיקת נבצע ולכן.
השלילי הממשי הציר לאורך עקום והיא קודם שהראנו לזו זהה המתארת הפונקציה
היא ביותר הימנית הנקודה כאר:
2h
.
הוא נמוכים בתדרים האידיאלי החוג של נייקויסט עקום:
48. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
48
-4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0
-60
-40
-20
0
20
40
60
Nyquist Diagram
Real Axis
ImaginaryAxis
איור06–הפתוח ההטייה לחוג נייקויט עקום
בזיהוי ראינו בפועל,ל מעבר פאזה פיגורי שקיימים93חיתוכים יתכנו כלומר מעלות
הממשי הציר עם.כאש תנודה מחזורי שני קיימים חיתוך קיים אם גם אךזה ר
יציב הוא אליו שמתכנסים,סכנה אין ולכן.
עולה שונים רוח מצבי תחת הזיהוי בדיקת מתוךהסטטי ההגבר בין תלות יש כי
האמיתית הרוח לעוצמת(במוד לינאריות אי כלומרל.)קשר במציאת צורך יש לכאורה
תנודה מחזורי למנוע כדי העבודה משטר לבין המת התחום בין,נקבע אנו אךאת
קיצון ובתנאי המערכת מתוכננת להם העיקריים העבודה תנאי לפי המת התחוב רוחב
ויציב עבודה מחזור יתקבל.
22./.החוגים בין הבחירה לוגיקת
קודמים בסעיפים שציינו כפי,יפעלו אשר נפרדים בקרה חוגי שני כה עד הגדרנו
שונים עבודה במשטרי.באמצע תוגדר פעיל החוגים מבין מי ההחלטהלוגים ים
הבקרה במערכת שישולבו.
ושער תנאים שני באמצעות הוא החוגים בין הבחירה מתבצעת לפיו העקרוןAND.
א תנאי:מסויים מערך גדולה ההטייה האם(1/מעלות)
ב תנאי:תקין אוירודינמי במשטר המפרש האם–בהזדקרות לא כלומר–פי על
49. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
49
תלתלים.
מתקיי הללו התנאים ושני במידהיהיה העבודה מוד מים–הטייה חוג.
ההתקפה זוית בחוג נהייה מתקיים לא מהתנאים ואחד במידה.
דוגמא לצורך:מאוד גדולה ההטייה כי נניח(4/מעלות)בהזדקרות המפרש וכי.
הגדולה ההטייה למרות ההתקפה זוית בחוג אנו כי יקבע השער,היא המשמעות
לזוית עד המפרש את ישחרר שהחוגוכעת אופטימלית התקפה,עדיין וההטייה במידה
הסף מערך גדולה,מצב על ונשמור ההטייה לחוג נחזור.שבכל לנו מבטיח זה שער
ההתקפה זוית בחוג נהיה מתנתקים התלתלים בו מצב.
איור0/–החוגים בין לברירה הלוגיקה מידול
איזו המחליט הראשי המצבים לבורר נכנס השער תוצאתתכנס חוג ומאיזה פקודה
למפעיל.
איור08–החוגים בורר
כדלקמן הן הבורר הגדרות:
הוא והמוד במידה2ההתקפה זוית בחוג אחרת ההטייה בחוג נהייה.
לערך ומחברה התלתלים תוצאת את שסוכם אנטגרטור קיים ההתקפה זוית בחוג
זה לחוג עקיבה נקודת ליצר כדי נתון רפרנס.אנו כאשרלהטייה חוג עוברים,לא
ימשיך זה אנטגרטור ולכן התקפה לזוית האופטימלית בנקודה שנהיה לנו מובטח
50. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
51
לסכום.בעיה אין הטייה בחוג אנו עוד כל,ההתקפה לחוג חזרה המעבר בעת אך
וקפיצה העקיבה בנקודות רציפות אי לנו תהיה.
זאת בעיה למנוע כדי,ההתקפה זוית לחוג המעבר בעת,האנטגרטור את נאפס
החיצונית הרפרנס לזוית התחלה תנאי בתור נכניס וכן התלתלים שגיאת את שסוכם
ההטייה בחוג לנו שהיה האחרון ההתקפה זוית עקב את.
הזוית תיקון והמשך ההתקפה לחוג ההטייה מחוג חלק מעבר לנו תבטיח זו פעולה
קודם שתואר וכפי לצורך בהתאם.
תנאי את לקבוע כדיהחוגים החלפת לפני האחרונה ההתקפה זוית לפי ההתחלה,
המוד בערך שינוי מזהה אשר נתונים מחזיק בבלוק נשתמש(מ2ל3)את דוגם ואז
אותה ומחזיק ההתקפה זוית.החיצוני הרפרנס בתור נכניס הזו ההתקפה זוית את.
ההתקפה זוית בחוג המערכת כלל את מאתחלים ואנו היות,ההת תנאישל חלה
הוא הנתונים מחזיק2/מעלות.
איור09–נתונים מחזיק
לחוג מחוג המעבר בעת האנטגרטור איפוס לודא כדי(פקודהresetבסעיף שצויין כפי
22.0),מ המוד בסגנל השתנות זהוי בעת מתאפס אשר באנטגרטור נשתמש2ל3.
בסעיף הוסבר כבר זה איור22.0-מז האנטגרטורה בסגנל שינוי ההresetומתאפס.
51. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
51
12.להפרעות ורגישות ביצועים בדיקת
המטרהלשינויים התייצבות זמני עבור המפרט בדרישות עמידה לוודא הינה זה בפרק
מתמיד למצב והתכנסותהמזמין בדרישות שהוגדרו כפי.
בלבד ההתקפה זוית בחוג אנו בו במצב הסירה התנהגות את נבחן ראשית.
סבי תנאיבה:
oאמיתית רוח עוצמת:/לשנייה מטר
oאמיתי כיוון43מעלות
המהירות תגובת:
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
t(sec)
V(m/s)
steady state
איור09–המהירות תגובת
52. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
52
ההטייה תגובת:
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
t(sec)
tilt(deg)
steady state
איור43–ההטייה תגובת
התקפה זויות:
53. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
53
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-5
0
5
10
15
20
t(sec)
angleofattack(deg)
theoretical
actual
איור42–התקפה זוית תגובת
הכננת פקודת:
54. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
54
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
t(sec)
winchinputsignal
איור41–הכננת תגובת
הסביב לתנאי הסירה של הזמן בתגובתבכל עומדים שאנו בכך להבחין ניתן הנתונים ה
המזמין דרישות.תגוב איןתבמהירות יתר,התקפה זוית על התייצבות קיימת
שהוספנו המת מתחום הנובעת שגיאה כדי עד אופטימלית(2מעלה).אנו בנוסף
זה סביבה בתנאי ההטייה במגבלות עומדים.תנודתיות לראות אפשר ההטייה בתגובת
קלההקיימת הטבעית והתנודתיות בה בשליטה מהקושי קודם שהסברנו כפי הנובעת
ההטייה בחוג אנו שאין בפרט זה יציאה כניסה בקשר.זה במצב,בתנאי הפרעות אין
חלקה ההתכנסות ולכן הסביבה.הכננת בתגובת,מתיחה בתחילה לראות ניתן
המיתר של רציפה(בערך סיגנל2),בין מכן לאחר23–2/שניות,תיקונים"עדינים"
הכננת עבודת הפסקת ולאחריהן במתיחה.
55. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
55
סביבה תנאי:
oאמיתית רוח עוצמת:/לשנייה מטר
oאמיתי כיוון63מעלות
המהירות תגובת:
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
t(sec
speed(m/s)
איור40–המהירות תגובת
ההטייה תגובת:
56. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
56
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
5
10
15
20
25
t(sec
tilt(deg)
איור44–ההטייה תגובת
התקפה זויות:
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
5
10
15
20
25
30
t(sec
angleofattack(deg)
theoretical
actual
איור4/–ההטייה תגובת
57. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
57
פהכננת קודת:
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
t(sec
winchpowersignal
איור46–הכננת תגובת
אלו סביבה בתנאילהגיע לסירה זמן יותר יקח ולכן לסירה ביחס כהה יותר האמיתי הרוח כיוון
להתייצבות,יותר גדולה ההאצה וזמן יותר ארוכה לבצע המפרש שעל הדרך שכן.האיזור
"המתון"כ של התיקון שבו האיזור הוא וההטייה ההתקפה בתגובותעד איטי המפרש יוון
לאופטימום להתכנסות,הסופי לערכה קרובה מאוד כבר המהירות זה שבזמן לראות אפשר.
עוצמת עקב וזאת התגובה בכל התקפה זוית מוד הינו העבודה מוד האחרונים המצבים בשני
גדולה להטייה גורמת שאיננה הנמוכה הרוח.
סביבה תנאי:
oאמיתית רוח עוצמת:23לש מטרנייה
oאמיתי כיוון43מעלות
המהירות תגובת:
59. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
59
ההטייה תגובת:
0 20 40 60 80 100
0
5
10
15
20
25
30
t(sec
tilt(deg)
איור48–ההטייה תגובת
הכננת פקודת:
0 20 40 60 80 100
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
t(sec
winchpowersignal
איור49–הכננת תגובת
60. הטכניון–לישראל טכנולוגי מכוןמכונות להנדסת הפקולטה
בבקרה שנתי פרוייקט3073/7132/
61
החוג מוד:
0 20 40 60 80 100
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
t(sec
mode(1-tiltmode,0-attackmode
איור/3–החוג מוד
זה במצב,במודל שהוצב מהרף גדולה להטייה שגורמת כזו היא הרוח עוצמת,לכך אי,ניתן
ההתקפה זוית בחוג מתחילה שהמערכת לראות,(מוד3)ההטייה למוד עוברת מייד אך
קבועה הטייה זוית על השומר.ההטייה לחוג המעבר נקודת את קבענו,של בזוית1/מעלות
,הינה העקיבה נקודת אך18מעלות.בין וקפיצות חד מעבר למנוע היא זה הפרש של מטרתו
החוגים.עוברי כאשרמנקודת במקצת המרוחקת רפרנס נקודת על לשמור יש ההטייה לחוג ם
המעבר,ההתקפה לחוד מייד נעבור לא תקטן ההטייה כאשר.