"သေဘ္ာရဲ႕ Auto pilot"

(ပင္လယ္ထဲမွာ၊ သေဘ္ာ၊ ဘယ္လိုေမာင္းလဲလို႔၊ ေမးလာႀကတိုင္း၊ auto-pilot နဲ႔၊ ေမာင္းတယ္လို႔၊ ေၿဖခဲ႔ပါတယ္။ auto-pilot system က၊ ဘယ္လို၊ အလုပ္၊ လုပ္တာလည္း၊ ထပ္ေမးတဲ႔အခါ၊ proportional, integral နဲ႔၊ derivative control ဆိုတဲ႔၊ အယူအဆေတြ၊ ေၿပာရေတာ႔မွာ၊ ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ မေၿဖၿဖစ္ခဲ႔တာ၊ မၽားပါတယ္။

ဟိုတေန႔ကေတာ႔၊ "Gyro compass" အေႀကာင္း၊ post တင္ရာမွာ၊ ဆက္စပ္အသံုးၿပဳႀကတဲ႔၊ "Auto pilot system" အေႀကာင္းကိုလည္း၊ post တင္ဖို႔၊ သတိရမိသလို၊ လြန္ခဲ႔တဲ႔ (၁၀) နွစ္ေကၽာ္ကာလ၊ Superintendent ဘဝမွာ၊ error ၿဖစ္ေနတဲ႔၊ gyro system ေႀကာင္႔၊ auto pilot system မွာ၊ error ၿဖစ္ကာ၊ သေဘ္ာ 'တိုက္' သမို႔၊ ေၿဖရွင္းခဲ႔ရကိုလည္း၊ သတိရမိပါတယ္။

ဒီ post ေလးကေကာ႔၊ အင္းစိန္ GTI အီလက္ထေရာနစ္အင္ဂၽင္နီယာသင္တန္းရဲ႕၊ Industrial Electronics နဲ႔၊ Integrated Electronics ဘာသာရပ္၊ သင္ယူခဲ႔ဖူးသူ၊ သေဘာ္သားေဟာင္း၊ တေယာက္ရဲ႕၊ control engineering ဆိုင္ရာ၊ concepts ေတြကို၊ အေၿခခံၿပီး၊ ေကၽးဇူးတင္၊ သတိရစြာၿဖင္႔၊ 'တင္' လိုက္တဲ႔၊ post ေလး၊ ၿဖစ္ေႀကာင္း၊ ေၿပာပါရေစ။)

Remark : All publications and images herein this page are for use of educational purpose only. The owner of this page is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.

auto-pilot system ဟာ၊ mechanical, electrical နဲ႔ hydraulic system ေတြကို၊ ေပါင္းစပ္ၿပီး၊ predetermined set course လို႔ေခါါတဲ႔၊ ႀကိဳတင္၊ သတ္မွတ္၊ ခၽိန္ညိွထားတဲ႔၊ 'လမ္းေႀကာင္း' အတိုင္း၊ သေဘ္ာကို၊ အလိုအေလၽွာက္၊ ထိန္းေကၽာင္း၊ ေမာင္းနွင္မယ္႔၊ စနစ္ၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔၊ steering gear mechanism ကို၊ အလိုအေလၽွာက္၊ ထိန္းေကၽာင္း၊ ေမာင္းနွင္ၿခင္းလည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

steering gear system အသံုးၿပဳၿခင္းကို၊ wheel house မွ၊ ထိန္းေကၽာင္း၊ ေမာင္းနွင္တဲ႔၊ 'normal procedure' နဲ႔၊ steering gear compartment မွ၊ ထိန္းေကၽာင္း၊ ေမာင္းနွင္တဲ႔၊ 'emergency procedure' ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ normal procedure နဲ႔၊ ထိန္းေကၽာင္း၊ ေမာင္းနွင္ရာမွာ၊ (i) follow up mode နဲ႔၊ (ii) non-follow up mode ဆိုၿပီး၊ အသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။

(i) - Follow up mode မွာ၊ manual mode နဲ႔၊ automatic steering mode တို႔၊ ပါဝင္ပါတယ္။ manual mode မွာ၊ steering wheel ရဲ႕၊ command signal အတိုင္း၊ steering gear မွ တဆင္႔၊ rudder လိုက္ပါ၊ ေရြွ႕လၽွားပါတယ္။  ဥပမာ၊ steering wheel ကို၊ starboard 10° position မွာ၊ ထားရိွ၊ လိုက္တဲ႔အခါ၊ rudder ဟာ၊ starboard 10° သို႔၊ ေရြွ႕လၽွားသြားမွာ၊ ၿဖစ္သလို၊ starboard 10° မွာ၊ steering wheel ရိွေနသမၽွ၊ rudder လည္း၊ starboard 10° မွာသာ၊ ဆက္လက္၊ တည္ရိွေနမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ အကယ္၍၊ steering wheel ကို၊ midship position သို႔၊ ေၿပာင္းေရြွ႕၊ လိုက္တဲ႔အခါ၊ rudder လည္း၊ midship သို႔၊ လိုက္ပါ၊ ေရြွ႕လၽွားလာမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

'manual mode' ဟာ၊ hand steering mode ၿဖစ္ၿပီး၊ steering wheel ရဲ႕၊ set command signal အတိုင္း၊ rudder angle ေၿပာင္းလဲ၊ ေရြွ႕လၽွားၿခင္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။  'automatic steering mode' ကေတာ႔၊ auto-pilot system မွ၊ ရရိွလာတဲ႔၊ set command signal ကို၊ steering wheel order အၿဖစ္၊ လက္ခံယူသလို၊ ordered course နဲ႔၊ actual course တို႔ၿဖင္႔၊ နိွဳင္းယွဥ္ကာ၊ automatically generated command signal အၿဖစ္၊ steering gear သို႔၊ ေပးပို႔ၿပီး၊ rudder လိုက္ပါ၊ ေရြွ႕လၽွားေစၿခင္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

(ii) - NFU လို႔ေခါါတဲ႔၊ non follow up mode မွာေတာ႔၊ steering wheel အသံုးမၿပဳပဲ၊ NFU lever ကိုသာ၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ NFU lever ရဲ႕၊ command signal အတိုင္း၊ steering gear မွတဆင္႔၊ rudder လိုက္ပါ၊ ေရြွ႕လၽွားပါတယ္။  non follow up mode မွာ၊ rudder angle degree marking ေတြ၊ ထည္႔သြင္း၊ ေဖာ္ၿပထားၿခင္း၊ မရိွပဲ၊ NFU lever ေရြွ႕လၽွားေနသေရြွ႕၊ rudder ဟာ၊ continue turning အၿဖစ္နဲ႔၊ လိုက္ပါ၊ ေရြွ႕လၽွားေနမွာ၊ ၿဖစ္သလို၊ NFU lever ေရြွ႕လၽွားမွဳကို၊ ရပ္တန္႔လိုက္မွသာ၊ rudder ေရြွ႕လၽွားမွဳလည္း၊ ရပ္တန္႔သြားမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

follow up mode အမၽိဳးအစား၊ တခုၿဖစ္တဲ႔ 'auto steering mode' ဆိုတဲ႔၊ 'auto pilot system' ဟာ၊ သမရိုးကၽ၊ သံုးစြဲခဲ႔ႀကတဲ႔၊ simple course holding system အစား၊ adaptive closed-loop control system အၿဖစ္၊ အစားထိုး၊ အသံုးၿပဳလာႀကတဲ႔၊ steering gear mechanism control system လည္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ ေလာင္စာဆီသံုးစြဲမွဳ fuel consumption နဲ႔၊ ခုတ္ေမာင္း၊ သြားလာခၽိန္ transit times တို႔ကို၊ ကၽဆင္းေစရံုမက၊ rudder movement ကိုလည္း၊ minimize အေနနဲ႔၊ ေလၽွာ႔နည္းသြားေစတဲ႔အတြက္၊ သေဘ္ာ၊ ေမာင္းနွင္ရာမွ၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔၊ ship's drag လည္း၊ ကၽဆင္းသြားတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

auto pilot system ကို၊ သေဘ္ာရဲ႕၊ အသြားနံွဳး၊ 5 knots ပမာဏထက္၊ 'ပိုမို' မွသာ၊ စတင္၊ အသံုးၿပဳသင္႔ၿပီး၊ restricted waters area ေတြနဲ႔၊ maneuvering period မွာေတာ႔၊ follow up mode အမၽိဳးအစား၊ တခုၿဖစ္တဲ႔၊ manual mode ကိုသာ၊ အသံုးၿပဳသင္႔ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔၊ long period time course အေနနဲ႔၊ ခရီးရွည္ႀကာစြာ၊ ေမာင္းနွင္၊ သြားလာမွသာ၊ အသံုးၿပဳတဲ႔၊ system အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

auto pilot system ရဲ႕၊ control unit မွ၊ အဓိက၊ အစိတ္အပိုင္းကေတာ႔၊ differential amplifier ၿဖစ္ပါတယ္။ differential amplifier ဟာ၊ predetermine setting အၿဖစ္၊ 'ႀကိဳတင္' ခၽိန္ညိွထားတဲ႔၊ manual course-setting signal ေခါါ order course signal နဲ႔၊ gyro compass ရဲ႕၊ heading signal တို႔ကို၊ လက္ခံ၊ ရယူပါတယ္။  ရရိွလာတဲ႔၊ signal (၂) ခုကို၊ နိဳင္းယွဥ္ၿပီး၊ အကယ္၍၊ no difference အေနနဲ႔၊ ၿခားနားမွဳ 'မရိွ' ပါက၊ steering gear system circuit သို႔၊ out put signal တနည္းအားၿဖင္႔၊ command signal ေပးပို႔ၿခင္း၊ 'မၿပဳ' ပဲ၊ rudder အား၊ မူလ midship position အေနအထားၿဖင္႔သာ၊ ဆက္လက္၊ တည္ရိွေနေစပါတယ္။

predetermine setting အၿဖစ္၊ ႀကိဳတင္ခၽိန္ညိွထားတဲ႔၊ manual course-setting signal ေခါါ၊ order course signal ကို၊ desired course signal အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ၿပီး၊ gyro compass ရဲ႕၊ heading signal ကိုေတာ႔၊ actual course signal အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။  လက္ခံ ရရိွလာတဲ႔၊ signal (၂) ခုဟာ၊ difference အေနနဲ႔၊ ၿခားနားမွဳ 'ရိွ' ပါက၊ တနည္းအားၿဖင္႔၊ error ရိွလာတဲ႔အခါ၊ differential amplifier မွ၊ out error signal ထုတ္ေပးၿပီး၊ heading error amplifier သို႔၊ ေပးသြင္းမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

heading error amplifier ကို၊ steering gear system circuit ရိွ၊ rudder actuator circuit နဲ႔၊ တြဲဖက္ထား ပါတယ္။ heading error amplifier မွ၊ rudder actuator circuit သို႔၊ command signal ေပးပို႔ကာ၊ rudder angle ေၿပာင္းလဲေစၿခင္းၿဖင္႔၊ predetermine setting အေနနဲ႔၊ 'ႀကိဳတင္' ခၽိန္ညိွထားတဲ႔၊ manual course 'လမ္းေႀကာင္း' ေပါါသို႔၊ သေဘ္ာကို၊ ၿပန္လည္၊ ေရာက္ရိွေစမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။

order course signal နဲ႔၊ actual course signal တို႔ရဲ႕၊ 'ၿခားနားမွဳ' ဟာ၊ off-course error ၿဖစ္ပါတယ္။ differential amplifier ရဲ႕၊ output error signal ဟာ၊ off-course error signal ၿဖစ္ၿပီး၊ heading error amplifier ရဲ႕၊ input signal အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။  heading error amplifier မွ၊ rudder actuator circuit သို႔၊ ေပးပို႔မယ္႔၊ command signal နဲ႔၊ proportional အၿဖစ္၊ တိုက္ရိုက္၊ အခၽိဳးကၽေနတဲ႔အတြက္၊ proportional control ရယ္လို႔၊ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။

တကယ္လက္ေတြ႔မွာေတာ႔၊ propeller, hull form နဲ႔၊ propulsion system အစရိွတဲ႔၊ design parameters ေတြေႀကာင္႔၊ rudder မွတဆင္႔၊ required course-line သို႔၊ သေဘ္ာ၊ ေၿပာင္းလဲ၊ ေရြွ႕လၽွားစဥ္၊ auto pilot system မွာ၊ errors ေတြ၊ ရိွေနနိဳင္ပါတယ္။ တိုေတာင္းတဲ႔၊ အခၽိန္အတြင္း၊ errors ေတြကို၊ 'ခၽံဳ႕' ကာ၊ ဖယ္ရွားၿပီး၊ rudder actuator circuit သို႔၊ command signal ေပးပို႔ရန္၊ integral control ကို၊ auto pilot system မွာ၊ ထည္႔သြင္း၊ အသံုးၿပဳထားပါတယ္။

အလားတူ၊ သေဘ္ာဟာ၊ 'ေရ' ထဲမွာ၊ သြားလာ၊ ေမာင္းနွင္ရင္း၊ rudder angle movement ၿဖစ္ေပါါစဥ္၊ တနည္းအားၿဖင္႔၊ rudder မွတဆင္႔၊ required course-line သို႔၊ ေၿပာင္းလဲ၊ ေရြွ႕လၽွားစဥ္၊ ship's drag, propeller force နဲ႔၊ hull pressure effect အစရိွတဲ႔၊ hydro dynamics ဆိုင္ရာ၊ external force acting ေတြေႀကာင္႔၊ auto pilot system မွာ၊ အေနွာက္အယွက္၊ oscillation ေတြ၊ ရိွေနမွာၿဖစ္ၿပီး၊ ေသြဖီွမွဳေတြ၊ ေပါါေပါက္နိဳင္ပါတယ္။

အေနွာက္အယွက္၊ oscillation ေတြေႀကာင္႔၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔၊ ေသြဖီွမွဳ deviations ေတြ၊ ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ရန္၊ derivative control ကိုလည္း၊ auto pilot system မွာ၊ ထည္႔သြင္း၊ အသံုးၿပဳထားတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။  heading error amplifier မွ၊ rudder actuator circuit သို႔၊ ေပးပို႔မယ္႔၊ command signal ဟာ၊ resultant drive အၿဖစ္၊ တိုေတာင္းတဲ႔၊ အခၽိန္အတြင္း၊ တိကၽစြာၿဖင္႔၊ required course-line သို႔၊ ၿပန္လည္၊ ေရာက္ရိွေစရန္၊ PID ဆိုတဲ႔၊ proportional + integral + derivative control ေခါါ၊ feedback ေတြ၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ closed loop control system ၿဖင္႔၊ ေဆာင္ရြက္တယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။

"P" ဆိုတဲ႔၊ proportional control မွ၊ out error signal ထုတ္ေပးရာမွာ၊ order course signal နဲ႔၊ actual course signal တို႔ရဲ႕၊ error ပမာဏ၊ အနည္း၊ အမၽားအေပါါ၊ မူတည္ၿပီး၊ out put signal အနည္း၊ အမၽား၊ လိုက္ပါ၊ ေၿပာင္းလဲ၊ ထုတ္ေပးပါတယ္။  out put signal ဟာ၊ not sufficiently strong အၿဖစ္၊ လံုေလာက္မွဳ၊ 'မရိွ' ပဲ၊ rudder မွတဆင္႔၊ required course-line သို႔၊ ေၿပာင္းလဲ၊ ေရြွ႕လၽွားခၽိန္၊ ႀကာၿမင္႔ေနပါက၊ "I" integral control ၿဖင္႔၊ stronger action output signal ထပ္မံ၊ ထုတ္ေပးပါတယ္။

အေနွာက္အယွက္၊ oscillation ေတြေႀကာင္႔၊ possible future values မရရိွပါက၊ "D" ဆိုတဲ႔၊ derivative control ၿဖင္႔၊ current rate ေၿပာင္းလဲကာ၊ output signal ထုတ္ေပးမွာ၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ Fig. (1 a) နဲ႔၊ (1 b) မွာ၊ "Auto pilot system control circuit block diagram" ဆိုၿပီး၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

predetermine setting အၿဖစ္၊ manual course-setting ႀကိဳတင္၊ 'ခၽိန္ညိွၿခင္း' ဆိုင္ရာ၊ permanent helm, rudder, counter rudder နဲ႔၊ weather အစရိွတဲ႔၊ data အခၽက္အလက္ေတြ၊ အသံုးရာၿပဳမွာ၊ auto pilot system ထုတ္လုပ္တဲ႔၊ maker အမၽိဳးအစားေတြအေပါါ၊ မူတည္ၿပီး၊ တခုနဲ႔ တခု၊ ကြဲၿပား၊ ၿခားနားမွဳေတြ၊ ရိွတတ္တဲ႔အတြက္၊ အေသးစိတ္၊ ေဖာ္ၿပၿခင္း၊ 'မၿပဳ' ေတာ႔ပဲ၊ 'ခၽန္လွပ္' ထားခဲ႔ပါမယ္။ Fig. (2) မွာ၊ settings ေတြ၊ 'ခၽိန္ညိွ' ထားတဲ႔၊ auto pilot system တခုကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

auto pilot ဟာ၊ order course နဲ႔၊ actual course အႀကား၊ ေပါါေပါက္လာတဲ႔၊ error ကို၊ 10° ပမာဏ၊ ေအာက္မွာသာ၊ ခၽိန္ညိွေပးနိဳင္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔၊ သေဘ္ာရဲ႕၊ rudder angle movement ကို၊ အမၽားဆံုး၊ ဘယ္နဲ႔၊ ညာ port and starboard side 10° ပမာဏၿဖင္႔သာ၊ ေရြွ႕လၽွားေစၿခင္း၊ ၿဖစ္ပါတယ္။ ေယဘုယၽ၊ အေနနဲ႔၊ auto pilot system alarm setting ကို၊ 10° ပမာဏထက္၊ အနည္းငယ္ 'ပို' ကာ၊ ထားရိွႀကၿပီး၊ အကယ္၍၊ alarm activated ၿဖစ္ေပါါပါက၊ auto pilot system failure ေပါါေပါက္ေနေႀကာင္း၊ သိနိဳင္ပါတယ္။

auto pilot ဟာ၊ gyro compass ရဲ႕၊ heading signal ကို၊ actual course အၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔အတြက္၊ gyro compass failure ေႀကာင္႔၊ auto pilot system failure 'ေပါါေပါက္' နိဳင္သလို၊ auto pilot system failure ေႀကာင္႔၊ မလိုလားအပ္တဲ႔၊ သေဘ္ာတိုက္ၿခင္း collisions နဲ႔၊ ေသာင္တင္ၿခင္း groundings ေတြလည္း၊ ၿဖစ္ေပါါနိဳင္ေႀကာင္း၊ ေဖာ္ၿပလိုက္ပါတယ္။