Мехатронные устройства управления современным судовым магнитным компасом

Основным недостатком судовых магнитных компасов (МК) является ограниченность возможности их применения в высоких широтах в связи с малым значением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли на этих  широтах и наличием погрешности МК от качки, обусловленной влиянием центростремительного и тангенциального  ускорений при размещении МК на некотором расстоянии от центра качания судна. Влияние ускорений приводит  к наклону картушки и обусловливает воздействие на ее магнитную систему вертикальной составляющей магнитного поля Земли. Возникающая при этом погрешность МК, пропорциональная тангенсу угла магнитного наклонения,  может привести к недопустимо большим ошибкам курсоуказания судна, особенно в высоких широтах. Тем не менее,  данное воздействие может быть скомпенсировано при использовании в измерительной схеме МК гироскопического  датчика угловой скорости (ДУС), измеряющего угловую скорость рыскания морского объекта. В работе представлены результаты исследований и имитационного моделирования двух вариантов построения системы коррекции, которая вводится в измерительную схему МК для уменьшения его погрешности от качки. Каждую из представленных в работе систем коррекции можно рассматривать как мехатронное устройство управления современным МК, одна из них – позиционная, другая – по угловой скорости рыскания судна. В работе показаны преимущества  и недостатки каждой из схем. Так, особенностью системы позиционной коррекции является необходимость применения
ДУС тактического класса точности (например, волоконно-оптического гироскопа), в погрешности которого присутствует низкочастотная составляющая ухода. В то же время система коррекции по угловой скорости рыскания позволяет использовать в качестве ДУС дешевый микромеханический гироскоп (ММГ). Несмотря на применение ДУС различных  классов точности, обе предложенные системы коррекции позволяют добиться близких результатов, следствием чего  является очевидный вывод о целесообразности применения в измерительной схеме МК системы коррекции по угловой скорости с ММГ, позволяющим значительно снизить стоимость МК, а также уменьшить его массу и габаритные размеры.

1. Basterretxea-Iribal Imanol, Sotes Iranzu, Uriarte Jose Ignacio. Towards an Improvement of Magnetic Compass Accuracy and Adjustment // The Journal of Navigation. 2016. Vol. 69, N .6. P. 1325—1340.

2. Lushnikov E. Magnetic Compass in Modern Maritime Navigation // The International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. 2015. Vol. 9, N. 4. P. 539—543.

3. Arribalzaga J., Martinez A. T. Vila J. A. Analysis and calculation of the magnetic moment of a magnet compensation for type A magnetic needle // The Journal of Maritime Research. 2013. Vol. 10, N. 2. P. 80—81.

4. Крылов А. Н. О возмущениях показаний компасов, происходящих на качке корабля на волнении. Избранные труды академика А. Н. Крылова. М.: Изд. АН СССР, 1958. С. 115—170.

5. Ривкин С. С. Определение линейных скоростей и ускорений качки корабля инерциальным методом. Часть I. Линейные скорости и ускорения качки корабля. Л.: ЦНИИ "Румб", 1980. С. 20—23.

6. Анучин О. Н., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб.: ФГУП ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2003. С. 181—182.

7. Кардашинский-Брауде Л. А. Современные судовые магнитные компасы. СПб.: ФГУП ГНЦ РФ ЦНИИ "Элек- троприбор", 1999. С. 95—98.

8. Ривкин С. С. Расчет динамических погрешностей гироскопических устройств на качающемся основании. Л.: НПО "Азимут", 1991. С. 51—57.

9. Рыбалтовский Н. Ю. Магнитно-компасное дело. Л.: Гос. изд-во водного транспорта, 1954. С. 421—422.

10. Браславский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970. С. 351—353.

11. Грязин Д. Г., Падерина Т. В., Сергачев И. В. О воз- можности использования судовых магнитных компасов в высоких широтах // Материалы ХХХII конф. памяти Н. Н. Острякова. Санкт-Петербург, ГНЦ РФ АО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2020. С. 122—125.

12. Зиненко В. М., Грязин Д. Г., Молочников А. А., Сергачев И. В., Матвеев Ю. В., Короленко И. В. Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах и устройство для его реализации, патент RU 2688900, дата регистрации 22.05.2019.

13. Благовещенский С. Н., Холодилин А. Н. Справочник по статике и динамике корабля. Т. 2. Динамика (качка) корабля. Л.: Судостроение, 1976. С. 58—59.

14. Бородай И. К. Прикладные задачи динамики судов на волнении. Л.: Судостроение, 1989. С. 125—127.

15. Правила по оборудованию морских судов. Часть V. Навигационное оборудование. Санкт-Петербург, Российский морской регистр судоходства, 2016. 166 с.

16. Androjna A., Belev B., Pavic I., Perkovic M. Determining Residual Deviation and Analysis of the Current Use of the Magnetic Compass // The Journal on Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9, N. 204. P. 2—14.

17. Tan Van Pham, Nguyen Van Suong. The Method to Calculate the Deviation Coefficients for Marine Magnetic Compass // The International Journal of Engineering Research and Technology. 2019. Vol. 12, N. 11. P. 1941—1944.