Sunday, May 24, 2020

AUTO PILOT 2nd MATE (F.G.) – MMD EXAMS SOLVED Past Question Paper

Q) Explain with block diagram the working of an Auto Pilot. (March-18, Jan-18, March-17) 
Ans:- 

AUTO PILOT 
 An autopilot is the ship‟s steering controller which automatically manipulates the rudder to decrease the error between the reference heading and actual heading. 
 Autopilot relieves the helmsman to great extent but definitely autopilot is not a substitute for helmsman. 
 Autopilot also reduces fuel consumption as the zig-zag course is avoided. 
Working  of  Auto  Pilot:- 
  Course  is  selected  by  the  course  selector. 
  Present  heading  is  indicated  by  the  compass. 
  The  output  from  the  compass  is  fed  to  the  comparator  in  the  control  unit.  The signal  from  the  course selector is  also fed  to  the  comparator. 
  Difference  between  the  two  signals  is  causing  the  output  error  signal  detected  by the  comparator. 
  Integrator  and  differentiator also analyze  the  signal. 
  The  signals  from  the  comparator,  integrator  and  differentiator  are  fed  to  summing amplifier (control  unit). 
  The  summing  amplifier  in  turn,  passes  the  signals  to  error  amplifier  which  also receives  feedback  from  the  steering  gear. 
  The  output  of  error  amplifier  is  transmitted  to  steering  gear  via  telemotor transmitter and  telemotor receiver. 
  A torque  motor may  be  fitted  instead  of  a  telemotor. 




Q)  Explain  the  various  settings  and  controls  on  the  Adaptive  Auto  pilot. (March-20,  July-19,  May-19,  Jan-19,  May-18,  May-17,  March-16) 
Ans:-  The  Autopilot  Control  Unit  –  The  PID  Control  Unit:-  
In  order  to  maintain  the ship‟s  course  accurately,  the  deviation  signal  has  to  be  generated  under  the  following conditions: 
a)  When  the  set  course  is  changed  (by  the  navigator) 
b)  When  the  ship  deviates  from  the  set  course  (due  to  external  factors) For  this  purpose,  the  helm  must  be  provided  with  data  regarding  the  ship‟s movement  relative to  the  course  to  steer line. 
This  is  achieved  by  electronic  circuits  with  the  help  of the  following: 
  Proportional  control 
  Derivative  control 
  Integral  control 

  The  effect  on  steering,  when  only  the  proportional  control  is  applied,  causes  the rudder  to  move  by  an  amount  proportional  to  the  off-course  error  from  the  course to  steer.   When  the  ship  has  gone  off-course  to  port,  an  error  occurs  and  helm,  proportional to  the  deviation  and  hence error signal,  is  used  to  bring  her back  to  the  set  course.   
  As  the  ship  starts  to  return  to  the  set  course,  the  helm  is  gradually  eased  and finally  removed  when  the  ship  is  back  on  the  set  course.   
  The  rudder  will  be  amidships  when  the  ship  reaches  its  set  course  and  then  the heading  overshoots  resulting  in  the  vessel  to  go  more  to  starboard.  Correcting helm  is  now  applied  causing  the  ship  to  return  to  port  and  back  to  the  original course.   
  The  vessel  thus  keeps  on  oscillating  to  port  and  starboard  of  the  course  line. 
  Certain  errors  due  to  the  design  of  the  ship  (bow  going  to  port  due  to  transverse thrust,  shape  of  the  hull,  current  draft,  etc.)  have  an  impact  on  the  steering capabilities  of  the  ship  and  have  to  be  corrected  for  effective  overall  steering performance. 
  In  order  to  achieve  this,  signals  are  produced  by  sensing  the  heading  error  over  a period  of  time  and  applying  an  appropriate  degree  of  permanent  helm.  The  rudder used  to  correct  the  course  will  now  be  about  this  permanent  helm.  That  is,  the permanent  helm  will  now act  as  midships. 
  Additionally,  there  are  various  controls  provided  on  the  autopilot  system  along with  a  filter  system  for  the  action  of  the  winds  and  waves  which  supply  more  data
  Certain  errors  due  to  the  design  of  the  ship  (bow  going  to  port  due  to  transverse thrust,  shape  of  the  hull,  current  draft,  etc.)  have  an  impact  on  the  steering capabilities  of  the  ship  and  have  to  be  corrected  for  effective  overall  steering performance. 
  In  order  to  achieve  this,  signals  are  produced  by  sensing  the  heading  error  over  a period  of  time  and  applying  an  appropriate  degree  of  permanent  helm.  The  rudder used  to  correct  the  course  will  now  be  about  this  permanent  helm.  That  is,  the permanent  helm  will  now act  as  midships. 
  Additionally,  there  are  various  controls  provided  on  the  autopilot  system  along with  a  filter  system  for  the  action  of  the  winds  and  waves  which  supply  more  data to  the  autopilot  which  optimizes  the  performance of  integral  control. 
  The  output  of  these  three  controls  is  combined  and  the  net  resultant  thus  obtained drives  the  rudder  maintaining  the  ship  on  the  set  course.  This  type  of  auto  pilot  is referred  to  as  PID  auto  pilot. 




Q)  Explain  the  working  of  the  following  controls  provided  in  an  Auto  Pilot System  –  Off  Course  Alarm  (Sept-19)
Ans:-  Off  Course  Alarm:-  Usually  an  Off  Course  Alarm  is  fitted  on  the  Autopilot. This  can  be  set  for  the  required  amount  of  degrees.  So  that  if  at  anytime  the difference  between  the  actual  course  and  the  Autopilot  set  course  is  more  than  the preset  degrees,  an  alarm  will  warn  the  officer. There  is  however,  one  limitation  which  should  be  noted.  In  case,  the  gyrocompass itself  begins  to  wander  the  Autopilot  well  steer  so  as  to  follow  the  wandering  compass and  the  Off  Course  Alarm  will  not  sound.  It  does  not  ring  unless  the  difference between  the  course  setting  and  gyro  heading  is  more  than  the  preset  limit. 



Q)  Describe  the  purpose  of  following  settings  in  Autopilot:  Rudder  (Jan-19, May-18) 
Ans:-  Rudder control:   
  This  control  determines  the  amount  of  rudder  to  be  used  to  correct  the  slightest amount  deviation  from  the  set  course.   
  The  higher  is  setting  the  larger  the  rudder  angle  is  used  to  correct  a  course deviation  and  this  may  result  in  over correcting.   
  But  if  setting  is  less,  the  rudder  angle  is  used  to  correct  deviation  may  not  be sufficient  and  will  take longer time to  return to  set  course. 
  This  is  proportional  controller  which  transmits  a  signal  which  is  proportional  to course  error o  Controller output  =  constant  (Kp)  x  Deviation 
  The  ratio  can  be  changed  by  settings  (i.e.  the  ratio  between  instantaneous  heading error and  rudder command)  also called  rudder multiplier. 
  Control  Knob  alters the  ratio  of output. 
  Higher setting  –  Larger rudder angle  (results  in  overcorrecting  –  overshooting) 
  Lower setting  –  Less  rudder angle  (Long  time to  return to  set  Co-Sluggish). 
  Therefore,  optimum  setting  required. 




Q)  Describe  the  purpose  of  following  settings  in  Autopilot:  Counter  Rudder (Jan-19,  May-18) Ans:-  Counter rudder: 
  This  control  determines  the  amount  of  counter  action  by  the  rudder  to  be  used  to steady  the  ship  on  the  set  course  keeping  the  overshoot  to  minimum.   
  Too  low  setting  will  allow  the  ship  to  overshoot  and  too  high  setting  will  bring  the ship  back  in  long  time.    
  This  is  Derivative control. 
  Purpose  is  to  apply  a  relatively  greater  amount  of  helm  at  the  beginning  of  a course  alteration  to  get  the  ship  turning.  Once  the  ship  is  turning,  just  enough helm  is  applied  in  order  to  keep  her  coming  around.  When  new  heading  is approached,  opposite  helm  is  applied  to  stop  the  swing.  As  the  ship  settles  on  new heading  and  the  yaw rate disappears,  the  helm  is  removed. 
  Produces an  output  when  course  of vessel  is  changing. 
  Depends  on  rate  of change  of course:   o  Controller output  =  constant  (  KD  )  x  change  of error /  time 
  Determines  amount  of counter rudder to  steady  the  ship  on  set  course. 
  Keeps  over  shoot  to  minimum. 
  Greater  the  ship‟s  inertia,  greater  the  setting  required.  If  ship  has  good  dynamic stability,  relatively  small  settings  of  counter  rudder  will  be  sufficient.  If  the  ship  is unstable,  higher settings  will  be  required. 
  Depends  on  ship‟s characteristics,  loaded/ballast  conditions  and  rate  of turn. 
  Too  high  setting  will  bring  the  ship  to  set  Co  slowly. 
  Too  low setting  allows overshoot. 
  As  counter rudder settings  increase,  counter rudder increases. 
  KD  –  Counter rudder time constant  (Calibration  done  at  sea  trial  to  set  KD). 



Q)  Describe  the  purpose  of  following  settings  in  Autopilot:  Constant  helm (Jan-19,  March-18) 
Ans:-  Constant  /  Permanent  Helm: 
  This  is  integral  controller.  (In  NFU  this  control  is  out  of action).
  When  ship  has  known  imbalance  to  one  side,  requiring  a  certain  amount  of  bias helm  (e.g.  TT  of  propeller)  manual  setting  of  the  approximate  bias  speed  up  the effect  of  the  AUTOMATIC  PERMANENT  HELM  calculator,  because  it  started  off nearer to  its  target. 
  Whether  the  control  setting  is  estimated  correctly  or  left  at  zero  has  no  effect  on the  final  steering  accuracy  but  only  in  the  time  it  takes  to  reach  this  heading accuracy. 
  If  not  used  as  described  above  ,  the  permanent  helm  should  be  left  at  ZERO  and the  automatic  permanent  helm  will  function  normally. 
  Produces output  as  long  a  course  error  persists. 
  Used  when  beam  winds;  couple  formed  causing  ship  to  turn  into  wind. 
  Rudder position  required  to  counteract  is  permanent  helm. 
  Continuous  control  calibrated  from  20  (P)  to  20  (S). 


Q)  Describe  the  purpose  of  following  settings  in  Autopilot:  Weather  (Jan-19, May-18) 
Ans:-  The  setting  of  the  yaw  control  depends  upon  the  wind  and  weather  condition and  their  effect  on  course  keeping  ability  of  the  ship  in  bad  weather  this  setting should  be  set  high  and  calm  weather this  should  be  low. 


Q)  Describe  the  purpose  of  following  settings  in  Autopilot:  Rudder  limit  (May18) 
Ans:-  Rudder  limit:  This  control  specifies  the  maximum  amount  of  rudder  to  be  used, when  correcting  the  ship‟s  head  or  altering  the  ship‟s course. 


No comments:

Post a Comment