#cjoy

Why am I only learning about these now??

Picked up a quirky little toy. Banana Boo.

CJOY KUMANDA SİSTEMİ ÇALIŞMA PRENSİPLERİ

BÖLÜM 4

2.1 cJoy Kumanda Sistemi

Bu bölümde, DKS altında yer alan bağımsız bir sistem olan cJoy kumanda sisteminin fonksiyonel ve çalışma birimleri olarak ne gibi işleve sahip olduğunu, üzerinde yer alan kumanda kolu, ekran ve kontrol/fonksiyon butonları ile cJoy kumanda kolu sisteminin operatör arayüz birimi fonksiyonlarını nasıl yerine getirdiğini anlatmaya çalışacağim.

Şekil 2.15 cJoy Kumanda Sistemi Operatör Terminali (OT)

cJoy DP sistemi, (DKS, K-Pos DP) ilave bir ünitesi olarak gemiye monte edilmiş olup, DKS için uzaktan kumanda sistemi (remote control) olarak da görülebilir. Ancak cJoy DP sistemi K-Pos DP sisteminden tamamen bağımsız bir kontrol sistemidir. Her ne kadar DKS’ye ait KGK’yı (UPS) kullansa da hem besleme hem sensör hem de arayüz bağlantıları açısından tamamen bağımsız bir sistem olup, kendi başına tüm kontrol fonksiyonlarını yerine getirebilir. Bu açıdan bakıldığında DKS içerisinde K-Pos DP sisteminin bir yedeği olarak da değerlendirilebilir. cJoy DP sisteminin K-Pos Dp ile hiçbir bağlantısı ve arayüzü yoktur. Ana tahrik sistemi kumanda seçim anahtarının cJoy konumuna alınması ile iticileri kumanda edebilir. Söz konusu seçim anahtarının bir pozisyonu da K-Pos’dur. Bu kapsamda gemi ana tahrik sistemine (DKS olarak) ya K-Pos ya da cJoy üzerinden kumanda edilebilir.

cJoy DP sisteminin kendine ait kabineti, kontrol bilgisayarı ve sensör/referans sistemi arayüzleri mevcuttur ve bu arayüzler K-Pos’tan tamamen bağımsız olarak çalışır.

cJoy Dinamik Mevki Kontrol Sistemi (cJoy DP) manuel ve yarı otomatik olarak gemiye kumanda edebilen bir kontrol sistemidir. Manuel ve yarı otomatik kumandaya ilaveten tam otomatik kumanda özelliği mevcuttur.

Sistemin amacı, tek bir kumanda kolu (joystick) ile geminin ana tahrik sistemine komut göndererek, geminin pruvasını ve dönüşünü kontrol etmektir. Bu fonksiyonlara ilaveten otomatik pruva kontrolü, geminin dönüş merkezinin seçilmesi, geminin otomatik mevki kontrolü ve seçili rotada geminin seyretmesini sağlayan oto pilot fonksiyonları da mevcuttur.

cJoy konsolunda yer alan kumanda kolunun (joystick) kullanılmasıyla, gemi hareketlerine kumanda edilebilir. Kumanda kolunun sağa-sola veya kendi ekseni etrafında hareket ettirilmesi ile geminin üç eksendeki (ileri-tornistan, sağa-sola yatay ve pruvanın sancak-iskele hareketleri) ilerlemesi kontrol edilebilir.

Otomatik pruva kontrol modunda geminin pruvası sensörlerden gelen (cayro) verilere göre otomatik olarak sabit tutulurken, gemi mevkisi kumanda kolunun hareketleri ile manuel olarak kontrol edilebilir. Otomatik mevki kontrol modu seçildiğinde, geminin mevkisi sensörlerden (rüzgâr sensörü, DGPS, cayro) gelen veriler doğrultusunda sabit tutulur. Tanımlanan mevki veya pruva değerindeki sapmalar sistem tarafından otomatik olarak algılanır ve gerekli düzeltme hareketleri için geminin ana tahrik sistemine (iticiler) komut gönderilir.

Kalman Filtresi

cJoy DP sisteminde de geliştirilmiş Kalman filtresi kullanılarak geminin üç eksendeki hareketleri analiz edilerek sistem kontrolü için kullanılır.

Geliştirilmiş Kalman filtresi, birbirinden bağımsız üç yönde gemi hareketini (pruvanın sancak-iskele dönüşü, geminin ileri-tornistan ve yanal eksendeki hareketi) yaklaşık olarak tahmin eder. Bu hesaplamada gemiye etki eden diğer harici kuvvetleri de ayrıca hesaplar. Hesaplamalarda temel olarak geminin matematiksel modelini kullanır, geminin %100 gerçek durumunu yansıtmayan bu model, gerçeğe en yakın değere ulaşabilmek için devamlı olarak güncellenir. Gemi cayrosu ve

DGPS’inden gelen bilgiler ile gemi modelinden alınan bilgiler devamlı olarak mukayese edilir ve gemi modeli devamlı olarak güncellenir. Bu işlemler ve geliştirilmiş Kalman filtrenin çalışma prensibi aşağıdaki şekilde genel hatları ile gösterilmiştir:

Aşağıdaki şekilde cJoy kumanda sisteminin fonksiyonel blok diyagramı gösterilmiştir. Sistemin, kalman filtrenin ve matematiksel gemi modelinin çalışma fonksiyonları K-Pos sistemi ile aynıdır.

Şekil 2.16 cJoy DP Sistemi Fonksiyonel Blok Diyagramı

Sistemde yer alan kontrol kademesi, geminin talep edilen mevkisinin muhafaza edilebilmesi için iticiler tarafından uygulanması gereken itki gücünü hesaplar. Kontrol kademesi aşağıdaki temel fonksiyonları yerine getiren üç ana bölümden oluşur:

● Uygulanan itki gücü geri beslemesi: Operatör tarafından belirlenmiş mevki ve pruva değeri ile geminin gerçek mevki ve pruva değerleri arasındaki fark itki gücü geri besleme devrelerini çalıştırır. Benzer şekilde geminin hız/dönüş oranındaki farklar da dikkate alınır. Burada hesaplanan fark değerleri kazanç faktörü ile çarpılarak itki gücü talebi elde edilir. İtki gücü talebi, operatör girdilerine göre geminin istenilen noktada sabit tutulabilmesi (veya pruvasının sabit tutulabilmesi) maksadıyla iticilerin uygulaması gereken itki gücüdür. İtki gücü talebi, hem mevcut durumu muhafaza etmeye yönelik hem de karşı etki oluşturmaya yöneliktir (gemiyi istenilen mevkiye getirmek ve o mevkiye yaklaşıldığında gemi hareketini durdurmak).

● Rüzgâr etkisinin sönümlendirilmesi maksadıyla ilave besleme: Geminin rüzgârdan kaynaklı hareketlerine karşı itki gücü kullanılarak sönümlendirilmelidir. Bu maksatla ilave besleme konsepti kullanılır. Rüzgârın etkisinden dolayı gemiye etki eden kuvvetler rüzgârın ölçülmesi ile tahmin edilebilir ve bu ölçüm sonucu elde edilen (hesaplanan) rüzgâr etkileri anında karşı tedbirler ile sönümlendirilebilir. Rüzgârdan kaynaklanabilecek etkiler için gemi iticilerine normal itki taleplerine ilaveten itki talebi hesaplaması yapılır ve hesaplama sonucu elde edilen bu ilave itki talebi de sistem tarafından dikkate alınır. Bu sayede rüzgâr değerinin yönü ve şiddeti ölçülerek, gemi hareketlerine olabilecek olumsuz etkisi anında düzeltilir.

●Akıntı etkisinin sönümlendirilmesi maksadıyla ilave besleme: Rüzgâr dışında gemiye etki eden akıntı, dalga gibi harici etkenler de mevcuttur. Gemi mevkisindeki sapmalar zaman içerisinde detaylı bir hesaplamaya (hesaplama sonucu ölçüm elde edilir) tabi tutulur ve gemiye etki eden diğer harici güçler (deniz, dalga, akıntı) de belirlenebilir. Bu değerler tahmini değerler olup iticilere gönderilecek itki gücü talebinin hesaplanmasında dikkate alınır.

Kontrol sistemi tarafından yapılan hesaplamalar sonucu itki gücü talepleri itici seçim kademesine gönderilir. İtici seçimleri K-Pos DP sisteminde olduğu gibidir.

cJoy DP sisteminin ana çalışma modları:

● Bekleme modu (Standby),

● Kumanda Kolu Modu (Joystick),

● Mevki Muhafaza Modu (Station Keeping),

● Oto Pilot (Autopilot).

cJoy DP Sistemi Bekleme Modu (Standby)

Bekleme modu geminin iticilerine herhangi bir komutun gönderilemeyeceği, sistemin hazırlık konumunda olduğu ve sistemin yeniden başlatıldığı (reset) bir moddur. Bekleme modu aynı zamanda sistemin devreye alındığında başlangıç konumudur (default mode).

Bekleme modunda, sistemin kullanılması maksadıyla gerekli ön hazırlıklar yapılabilir ve ön hazırlıkları müteakip sistem normal çalışma moduna (kumanda kolu modu) alınabilir.

NOT

cJoy sisteminin bekleme modundan çalışma moduna alınmasıyla, otomatik olarak iticiler 10 saniyelik bekleme periyodunu mütakip kullanılabilir.

Bekleme modunda ayrıca aşağıdaki fonksiyonlar icra edilebilir:

● Kumanda kolunun kalibrasyonu.

● Çalışma için gerekli olan ana tahrik sistemi elemanlarının kullanıma alınması (iticiler).

● Cayro girişinin kullanıma alınması.

● Rüzgâr sensörünün kullanıma alınması.

● Mevki referans sensörünün (DGPS) kullanıma alınması.

NOT

CJoy DP sistemi mevki referans sensörünün kullanıma alınması durumunda, kumanda kolu moduna geçilene dek kalibrasyon yapılmaz.

cJoy DP Sistemi Kumanda Kolu Modu

Kumanda kolu modunda, konsol üzerine monteli kumanda kolu vasıtasıyla (joystick) geminin üç eksenli hareketleri (ileri-tornistan, sağa-sola yatay, pruvanın sancak-iskele) kontrol edilebilir.

Aşağıdaki şekilde kumanda kolunun bulunduğu konsolun geminin pruva istikametine baktığı varsayılarak gemi hareketlerine kumanda yönleri gösterilmiştir.

Şekil 2.17 Geminin 3 Eksenli Hareketleri ve Kumanda Kolunun Fonksiyonları

Kumanda kolunun farklı mevkilere monte edilmesi durumunda, fonksiyonları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Kumanda kolunun kendi ekseni etrafında çevrilmesi daima geminin pruvasının sancak-iskele hareketini kontrol eder.

Şekil 2.18 Kumanda Konsolu Montaj Yönüne Bağlı Olarak Kumanda Kolu Fonksiyonları

Kumanda kolu modu nispi olarak çalışabilir bu yüzden kumanda kolu modunda cJoy DP sistemine cayro girişi ve mevki referans sensör girişi zorunlu değildir. Kumanda kolu modunda çalışılırken cayro ve mevki referans sensörlerinden giriş alınabiliyor ise geminin üç eksenli hareketinden bir yada ikisi otomatik kumanda edilebilecek şekilde seçim yapılabilir.

Bu çalışma yöntemi kumanda Kolu/Otomatik karma çalışma modu olarak isimlendirilir.

Karma mod aşağıdaki fonksiyonları içerir:

● Pruva hareketleri otomatik (Auto Heading) seçilmiş ise geminin yanal hareketleri ve ileri/tornistan hareketlerine kumanda kolu üzerinde komut verilir. Bu durumda pruva cJoy DP sistemi tarafından otomatik takiptedir.

● Yanal hareket ve ileri tornistan hareketi otomatik (Auto Surge, Auto Sway): Geminin mevkisi sistem tarafından otomatik olarak sabit tutulur, sadece pruvaya kumanda kolu üzerinden komut verilebilir (manuel Heading).

● Otomatik pruva takip, Otomatik İleri/Tornistan (Auto heading, Auto Surge): İleri/Tornistan eksenindeki hareket ve gemi pruvası sistem tarafından otomatik olarak kontrol edilir operatör sadece yanal hareket için kumanda kolu ile komut gönderebilir (Manuel Sway).

● Otomatik pruva takip, otomatik yanal hareket (Auto Heading, Auto Sway): Yanal hareket ve gemi pruvası sistem tarafından otomatik olarak kontrol edilir operatör sadece ileri/tornistan yönündeki hareket için kumanda kolu ile komut gönderebilir (Manuel Surge).

Her üç eksendeki hareket için de otomatik kontrol seçilirse sistem direk olarak otomatik mevki kontrol (mevki muhafaza) moduna geçer.

cJoy DP Sistemi Mevki Muhafaza Modu (Otomatik Mevki Kontrol)

Otomatik mevki kontrol modunun kullanılabilmesi için cJoy DP sistemine cayro ve mevki referans sistemlerinden geçerli ve kullanılabilir veri akışının sağlanması gerekir. Bu modda geminin pruvası ve mevkisi otomatik olarak muhafaza edilir (sabit tutulur).

Otomatik kontrol modunda kullanıcı tarafından limit değerler tanımlanabilir ve gemi mevkisi yada pruvası belirlenen limitler dışına çıktığında alarm/uyarı verilir.

cJoy DP Sistemi Oto Pilot Modu

Oto pilot modunda, kullanıcı tarafından girilen pruva değeri hassas bir şekilde cJoy DP sistemi tarafından otomatik olarak sabit tutulur. Bu modda geminin ana iticilerine (tünel iticiler hariç) komut gönderilir. Gemi sürati ise kumanda kolu üzerinden operatör tarafından ayarlanabilir.

Bu moda geçildiğinde kullanılan dönüş merkezi gerçek dönüş merkezi (geminin orta noktası) değil ise, sistem otomatik olarak geminin gerçek dönüş merkezini kullanmaya başlar ve kontrol panelde ilgili gösterge lambası (Center Pivot) yanarak operatöre bilgi verilir.

Bu modun kullanılabilmesi için sisteme bağlı her iki cayro sensör girişinin de aktif olması gerekir. Şayet bu şart yerine getirilmemiş ise operatöre ikinci bir cayro girişinin aktif olmasının gereğine ilişkin bir uyarı mesajı (Heading Monitor requires 2nd source) verilir.

Benzer şekilde en az bir sürat sensörü de aktif olmalıdır. Sürat sensör girişi aktif değilse yine operatöre uyarı mesajı verilir (Speed sensor dropout).

Oto pilot modunda çalışılırken pruva kontrolü otomatikten manuele alınabilir ve kumanda kolu ile pruvaya kumanda edilebilir. Yeniden oto pilot moduna geçebilmek için sisteme tanımlanmış pruva değerine geminin pruvası getirilmeli ve tekrar oto pilot modu aktive edilmelidir.

Oto pilot modunda aşağıdaki fonksiyon/seçimler yapılabilir:

● Kazanç (Gain): Düşük (%50), orta (%100) ve yüksek (%150) olmak üzere üç farklı seçim yapılabilir. Geminin karakteristik özelliklerine bağlı olarak uygun kazanç oranı seçilebilir. Pruva takibinin hassas bir şekilde yapılabilmesi maksadıyla ihtiyaç duyulan itki gücü ve ivmenin sağlanabilmesine yönelik olarak, pruva değerindeki sapma ve dönüş oranı seçili kazanç oranı ile çarpılarak hesaplama yapılır (matematiksel gemi modelinde). Kazanç oranı geminin karakteristik değerleri, hava durumu ve rota sabitlenmesinde beklenen hassasiyete bağlı olarak seçilmelidir. Yüksek kazanç oranı hassas manevralar için ani ve süratli reaksiyon gösterilmesini sağlar. Orta seviyedeki kazanç oranı seçildiğinde geminin sapmalara karşı göstereceği tepki, yüksek kazanç oranına nazaran daha yavaş olacaktır. Düşük kazanç oranı da geminin rotadan sapmalara karşı en düşük tepki hızını seçer.

● Ters dümen basma kazanç değeri (Counter Rudder Gain): %50 ile %150 arasında seçilebilir (başlangıç seçimi %100). Bu ayar sayesinde rotada yapılan önemli miktardaki bir değişiklikte yeni rotaya geçişin yumuşak bir şekilde yapılması sağlanabilir veya, geminin düz bir rota hattında dengeli bir şekilde tutulması sağlanabilir. Ters dümen basma kazanç değeri gereğinden düşük seçilmiş ise büyük rota değişimlerinden sonra geminin yeni rotaya dengeli bir şekilde oturması uzun süre alabilir. Ters dümen kazanç oranı gereğinden yüksek seçilmiş ise, yeni rota değerine gelindiğinde sistem aşırı tepki göstererek ani geri sapmalar yapar ve bu da yeni rota hattında salınımlara sebep olur. Ters dümen basma kazanç değerinin uygun seçilmediği durumlar aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Şekil 2.27 cJoy DP Sistemi Otopilot Modu Ters Dümen Basma Kazanç Değeri

● Otomatik trim kazanç değeri: %50 ile %150 arasında seçilebilir (başlangıç seçimi %100). Bu ayar sayesinde hava durumundan (harici etkenler) kaynaklanan rotadan sapmalara karşı sistemin göstereceği reaksiyon hızı belirlenebilir. Otomatik trim kazanç değeri en düşük konumda ise (%50) statik rota sapmalarına karşı sistem yavaş reaksiyon gösterir. Bu değer en yüksekte seçilmiş ise statik rota sapmalarına karşı sistem daha hızlı reaksiyon gösterir.

● Rüzgâr etkisinin sönümlendirilmesi: Bu seçenek aktif yada pasif yapılabilir. Aktif seçilmesi durumunda rüzgârın yön ve şiddetindeki değişmelerde sistem süratli bir şekilde tepki verir (anında müdahale ederek iticilere komut gönderir).

● Dönüş oranı seçimi (ROT): Pruva değerinde bir değişiklik yapıldığında, yeni rotaya geçiş için kullanılacak dönüş oranını belirler (dakikada kaç derecelik bir dönüş yapılacağı).

● Otomatik rota takibi için müsaade edilen azami dümen basma açısı (iticilerinin azimut açısı): Burada tanımlanan değerden daha fazla dümen açısı uygulanmaz. Doğal olarak yüksek süratlerde düşük dümen açısı limiti girilmelidir (örneğin 5º). Sistemde önceden tanımlanmış (girişine müsaade edilmiş azami değerler) limit değerlerinden daha fazla bir değer seçilmesidurumunda bir uyarı mesajı verilir.

● Kumanda kolu ile pruvanın kontrol edildiği durumlar için dümen basma açısı limit değeri (iticilerin azimut açısı): Otopilot modunda kumanda kolu kullanıldığında, iticilerin azimut açıları burada girilen limit değerlerden daha fazla olamaz. Normal şartlarda oto pilot modunda kumanda kolu kullanılmaz, ancak acil bir durum ortaya çıktığında geminin pruvasına elle kumanda edilir, bu kapsamda buraya girilecek değer acil bir durum karşısında en yüksek dönüş etkisinin sağlanabilmesi için yüksek olmalıdır (örneğin iticilerin en yüksek azimut açısı veya 45º). Bu limit değer için iticilerin en yüksek azimut açısından daha yüksek bir değer seçilirse ekrana bir uyarı mesajı gelir.

● Dümen seçimi (dönüş işlemi için kullanılacak iticilerin seçimi): Geminin dönüşü için hangi dönüş iticilerinin kullanılacağı seçilir. Senkron (Synchron) seçildiğinde tüm azimut iticileri aynı açıda döndürülür. Otomatik asenkron seçildiğinde, (Async Auto) dönüş yönüne bağlı olarak otomatik seçilmek kaydıyla sadece tek bir itici döndürülür. İskele ve sancak asenkron (Async STB, Async PORT) seçimde ise dümen etkisi için sadece sancak veya iskele itici döndürülür. Asenkron seçimlerde dönüş için kullanılmayan itici ileri yol verecek şekilde sabit kalır.

● Dönüş grubu seçimi (Steering Group): Geminin dönüş hareketi için azimut iticilerin önceden tanımlanmış grupları seçilebilir. Seçili grup iticiler dönüş için kullanılırken diğer iticiler sabit kalır.

cJoy Kumanda Sistemi çalışma prenspleri ile ilgili biraz detaylı bilgi vermek istedim. Bu sistemi ben, çalıştığım gemilerde aktif olarak kullanmadım ama K-Pos DP Sistemini yedekleyen ve K-Pos DP Sisteminden tamamen bağımsız çalışan bir sistem olduğu için acil bir durumda bilinmesi ehemmiyet göstermektedir. Bu bakımdan detaylı incelemenizi tavsiye ederim. 

HAZIRLAYAN

ÇAĞLAR ASLAN