船舶航向自动控制系统.ppt

第四章船舶航向自动控制系统 4 1船舶舵机装置的组成及控制系统分类一 舵机装置组成1 操舵装置2 舵机3 舵叶二 控制系统分类1 直接控制系统或称单舵系统 应急操舵 2 随动控制系统 3 自动操舵控制系统 又称自动航向稳定系统 4 航线自动控制系统 又称航向自适应控制系统 4 2船舶航行对舵机装置的要求1 舵机装置供电要采用两舷供电方式 其中一路应经由应急配电板供电 2 电动舵机的电动机采取连续工作制 有足够的过载能力 软机械特性 能堵转一分钟 3 舵机应能在驾驶台和舵机房两个地方控制 由转换开关转换 4 应设有舵叶偏转限位开关 一般为 35 5 自动操舵时 设有偏航报警 一般为 8 10 6 设舵机失电报警和舵机电动机过载报警 但不设过载保护 7 在船舶高速满载情况下 舵应能自一舷35 转至另一舷35 且所需时间不超过28秒 辅助舵机小于60秒 9 在驾驶台设有舵角指示器 其与操舵指令和实际舵角的误差 1 10 自动操舵仪应具有自动 随动和应急三种操舵方式 且能方便转换和相互联锁 11 舵杆直径 230mm的舵机 45s内提供替代动力 1万Gt以上工作30min 其他工作10min 4 3自动操舵的工作原理一 人工操舵的一般规律 360 90 270 180 二 自动操舵原理及方框图常规自动操舵通常是指用电罗经或磁罗经检测航向偏差 在通过航向控制器进行舵角操纵 达到航向纠偏 其控制方框图如下 4 4自动舵的执行机构 舵机 舵机 SteeringGear 一 泵控型液压舵机 ACB 浮动杆追随机构 FloatHuntingGear 三点浮杆追随机构原理 B2B1B AA1A2 CC1 作用 加快转舵速度 操纵杆 变量控制杆 反馈杆 二 阀控型液压舵机 使用单向定量油泵 转舵靠驾驶台遥控换向阀实现 油泵排油回泵的进口或回油箱 特点 系统简单 造价低 冲击大 可靠性差 油液发热量大 经济性差 接电反馈装置 驾驶台操舵电信号 4 4自动操舵的控制规律一 按比例控制的自动操舵 Kp随船型而不同 对万吨船来说 一般为2 3 即偏航1 时 偏舵角为2 3 比例系数过大 将使船舶偏航振幅加大 因此比例操舵虽然简单 可靠 但航向稳定精度较差 当受一舷持续偏航力矩作用时 不能保证船舶的定向航行 二 按比例 微分控制的自动操舵 式中 则 t 实现比例 微分控制的方案1 航向控制器为运算放大器组成的比例 微分调节器其方框图如下 PD控制器 舵机控制器 舵机 船舶 舵角反馈 航向反馈 2 在舵角反馈回路设置比例 积分环节 3 游隙 机构的作用 航向控制器 舵机控制器 舵机 船舶 舵角反馈 航向反馈 主驱轴 从动轴 t 三 比例 微分 积分控制的自动操舵控制方程式 其中比例和微分控制规律如前所述 这里的积分控制主要功能是要消除单向航向静差 当这种单向航向偏差出现在灵敏度以内时 将不会引起动舵 但这种灵敏度以内的小角度偏航 随着航行时间的增长 将引起船舶较大的偏航 积分环节的作用就是要将这种小角度偏航进行积累 当积累的偏航角度超过灵敏度时 给出一个纠偏舵角 此舵角即为积分舵角 即使这种单侧偏航角度超过灵敏度 但不对称偏航所引起的偏舵也是不对称的 因此时间长了 船舶也会出现单侧偏航 实际航海中 通常人为压一个合适的舵角航行 以纠正单侧偏航 实现积分控制的方案 1 电动机积分环节 UC UC UI 2 热积分环节 UI UC 偏航加热器 热敏电阻 积分输出 电源 3 在舵角反馈回路设置微分环节 或 四 自动操舵仪中的常用调节环节1 比例舵角调节2 反舵角调节 微分舵 制动舵 纠偏舵 3 灵敏度调节 天气调节 调节规律为 风平浪静 灵敏度高 大风大浪 灵敏度低 4 航向调节 用于自动航行中改变航向 5 罗经匹配旋钮 6 自动 随动 应急操舵转换开关 7 航向警报消音按钮 4 5自动舵中常用典型电路一 相敏整流电路许多自动舵中在用于偏航信号检测和舵角反馈信号转换时 都采用自整角机作为检测元件 而自整角机输出信号为交流信号 其相位反映偏航方向 幅值反映偏航角度 因此 必须将其转换为直流信号 且其极性反映交流信号的相位 大小反映交流信号的幅值 能完成此功能的整流电路称为相敏整流电路 1 环形相敏整流电路 相敏整流电路分析 条件 参考 调制 电压远大于输入电压 i1 R11 Rf R12 D4 D5 i2 Eref Ein Eref 5 7 6 i3 if 负半周 i1 R12 Rf R11 D3 D6 i2 Eref Ein Eref 5 7 6 i3 if r r r r 正半周 方程组 Eref Ein i1 r if R Rf Eref Ein i2 r i3 Ri3 R if R Rf 0if i3 i2 i1 波形 Eref Ein Uout 2 整流桥式相敏整流电路 E0 E0 U U1 3 晶体管调制解调器 4 运算放大器相敏整流电路 二 灵敏度调整电路 偏航信号 三 比例 微分 积分电路 偏航信号输入 舵角反馈信号 4 6典型线路分析 安修斯自动舵一 安修斯自动舵的特点及性能1 属比例 微分 积分型航向控制系统2 有自动和随动两种操舵方式 无应急操舵 3 自动和随动操舵系统各自独立 除液压舵机的控制电磁阀共用外 其信号传递 综合 变换均采用两个通道 由选择开关进行选择和联锁 提高了可靠性 4 性能