船舶舵机的电力拖动与控制1ppt课件

1、优先级。缺点时可进展人力操舵。优先级。缺点时可进展人力操舵。舵机支配系统应装有自动支配系统、随动支配系统和应舵机支配系统应装有自动支配系统、随动支配系统和应急支配系统三种支配安装。急支配系统三种支配安装。偏航自动报警安装。偏航自动报警安装。在自动操舵和随动操舵失效情况下运用在自动操舵和随动操舵失效情况下运用船舶进出港等备车航行时运用船舶进出港等备车航行时运用船舶定速航行时运用船舶定速航行时运用单动舵原理图单动舵原理图 8G-M系统电动舵机的单动操舵原理系统电动舵机的单动操舵原理1 当船舶向左偏离航向时，可当船舶向左偏离航向时，可将操舵手柄右扳，使将操舵手柄右扳，使K1闭合，闭合，励磁机励磁机J

2、得到某一极性的励磁，得到某一极性的励磁，G将发出某一极性电压，执行将发出某一极性电压，执行电动机电动机M向某一方向转动，舵向某一方向转动，舵叶向右偏转。叶向右偏转。 经过舵角指示器察看舵角大经过舵角指示器察看舵角大小。当接近所要求的的右偏舵小。当接近所要求的的右偏舵角时，松开手柄，触点角时，松开手柄，触点K1断开断开，电机，电机M停转。停转。G-M系统电动舵机的单动操舵原理系统电动舵机的单动操舵原理随动操舵原理图电桥式随动操舵原理图电桥式 放大器执行机构船舶舵叶操舵手轮人人反响安装偏航角偏航角 偏舵角偏舵角罗经罗经舵机舵机：船舶沿正航向：船舶沿正航向K航行，滚轮航行，滚轮1恰好与绝缘恰好与绝缘

3、块块4接触，电动机不转动，舵叶在艏艉线上，接触，电动机不转动，舵叶在艏艉线上，艏艉线与正航向重合，艏艉线与正航向重合， =0，=0偏航偏航转舵转舵最大舵角最大舵角：使使(=max)，船停顿偏转，船停顿偏转(d/ dt = 0)。导电环追上滚轮，使绝。导电环追上滚轮，使绝缘块与滚轮接触，电动机停，舵叶缘块与滚轮接触，电动机停，舵叶停转停转=max。回转回转：在左舵的作用下，船开场回转：在左舵的作用下，船开场回转，使滚轮右转，与导电环接使滚轮右转，与导电环接3触，使触，使J2有电，有电，电动机反转，回舵电动机反转，回舵。导电环右转跟随。导电环右转跟随滚轮运动。滚轮运动。：船舶回到给定航向：船舶回到

4、给定航向K，=0，=0。回航回航船舶的航迹曲线船舶的航迹曲线反响机构：航向接受器和舵角反响机构。反响机构：航向接受器和舵角反响机构。电罗经是检测元件，也是比较环节。电罗经是检测元件，也是比较环节。比较比较(元件元件)：由两个导电半圆环和滚轮所构成。：由两个导电半圆环和滚轮所构成。放大器：直流发电机放大器：直流发电机执行机构：他励直流电动机执行机构：他励直流电动机M。小结：小结：1自动操舵系统是按船舶对航向的偏离程度来控自动操舵系统是按船舶对航向的偏离程度来控制船舶的航迹，其操舵系统实践上是在随动操舵的根制船舶的航迹，其操舵系统实践上是在随动操舵的根底上省去手轮，加上航向反响而构成的。底上省去手

5、轮，加上航向反响而构成的。2系统的调理对象是船舶，被调理量是航向。系统的调理对象是船舶，被调理量是航向。3自动操舵系统为典型的双闭环控制系统：自动操舵系统为典型的双闭环控制系统： 内环是舵角反响，实现舵角的自动跟随。内环是舵角反响，实现舵角的自动跟随。 外环是航向反响，实现对船舶偏航的自动调整。外环是航向反响，实现对船舶偏航的自动调整。1比例舵比例舵以船舶偏航角以船舶偏航角的大小按比的大小按比例给偏舵角例给偏舵角，即，即K1(KP)为比例系数，负号表为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏航。示偏舵的方向是消除偏航。 K1过小，不能产生足够的转船力过小，不能产生足够的转船力矩，回转性能不好。矩，

6、回转性能不好。 K1过大，使船回转过头，稳定性过大，使船回转过头，稳定性变坏，还会降低航速。变坏，还会降低航速。 与与B随时间变化的曲线随时间变化的曲线 1k Pk K1是根据船舶载分量、天气情况进展调整，是根据船舶载分量、天气情况进展调整，K1 =0.54；1比例舵比例舵以船舶偏航角以船舶偏航角的大小按比的大小按比例给偏舵角例给偏舵角，即，即K1(KP)为比例系数，负号表为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏航。示偏舵的方向是消除偏航。特点：特点：1因风浪引起偏航时，比例舵具有纠正偏航因风浪引起偏航时，比例舵具有纠正偏航的才干。的才干。2采用比例舵会使船舶沿着航向左右摇摆，采用比例舵会使船舶

7、沿着航向左右摇摆，船舶航迹呈船舶航迹呈S型振荡，衰减很慢。型振荡，衰减很慢。3控制简单，精度差，系统稳定性差。控制简单，精度差，系统稳定性差。 与与B随时间变化的曲线随时间变化的曲线 1k Pk 2比例比例微分舵微分舵以船舶偏航角以船舶偏航角和偏航角速度和偏航角速度d / d t按比例给出偏舵角按比例给出偏舵角,即即K2(KD)是微分系是微分系数。数。dtdkk21参与微分环节后使得系统具有参与微分环节后使得系统具有“超前的校正控制造用。超前的校正控制造用。提高系统的灵敏度。提高系统的灵敏度。通常所说的纠偏舵、稳舵角或反舵角等均指微分舵作用。通常所说的纠偏舵、稳舵角或反舵角等均指微分舵作用。P

8、Ddkkd t 比例微分舵角及其合成曲线比例微分舵角及其合成曲线 比例作用比例作用微分作用微分作用共同作用共同作用偏航角偏航角偏航角微分偏航角微分12dkkd t 摆动很有益处，使航向偏摆迅速摆动很有益处，使航向偏摆迅速减小，从而船舶较快稳定在正航减小，从而船舶较快稳定在正航向上。向上。比例微分舵角及其合成曲线比例微分舵角及其合成曲线 比例系数比例系数K1与微分系数与微分系数K2选择不当，也将影响航行质量。选择不当，也将影响航行质量。 当载荷添加而船速减慢时，相当载荷添加而船速减慢时，相对于对于K1，把，把K2的值调得过小的值调得过小(大比例小微分大比例小微分)，那么比例舵，那么比例舵的效果就

9、比微分舵的效果大，的效果就比微分舵的效果大，所以船舶以正航向为中心，左所以船舶以正航向为中心，左右摇摆，逐渐衰减，最后停顿右摇摆，逐渐衰减，最后停顿在正船向上，如下图。在正船向上，如下图。 偏航偏航比例一微分舵对偏航角的影响比例一微分舵对偏航角的影响 12dkkd t 反过来，相对反过来，相对K1把把K2调得过调得过大大(小比例大微分小比例大微分) ，那么微分，那么微分舵的效果更明显，因此航向不舵的效果更明显，因此航向不发生摇摆，航迹呈现过阻尼景发生摇摆，航迹呈现过阻尼景象，船舶长时间不能恢复正航象，船舶长时间不能恢复正航向。如下图。向。如下图。 在不同的航行工况下，如何适中选择在不同的航行工

10、况下，如何适中选择K1和和K2数值，数值，需经过实际，经常是靠阅历来调整需经过实际，经常是靠阅历来调整K1和和K2。 比例一微分舵对偏航角的影响比例一微分舵对偏航角的影响 12dkkd t 3比例比例微分微分积分舵积分舵其调理规律是以船舶偏航角其调理规律是以船舶偏航角 、偏航角速度、偏航角速度d / d t和偏航和偏航角的积分角的积分d t按比例给出偏舵角按比例给出偏舵角，即，即K3(KI)是积分系数。是积分系数。dtkdtdKK321积分环节的作用在于消除船舶由于船型不对称、螺旋桨不对积分环节的作用在于消除船舶由于船型不对称、螺旋桨不对称或船舶单侧风、水流的影响使偏航角在不灵敏区所引起的称或

11、船舶单侧风、水流的影响使偏航角在不灵敏区所引起的横向挪动间隔。不灵敏区是在横向挪动间隔。不灵敏区是在较小时，自动舵是不调理较小时，自动舵是不调理的的PDIdKKkdtdt 假设由于某种缘由引起船舶的瞬时偏假设由于某种缘由引起船舶的瞬时偏航，后来立刻消逝，由于作用时间短，航，后来立刻消逝，由于作用时间短，不影响整个航向，所以对其平均航向不影响整个航向，所以对其平均航向没有偏移，无需发出校正动舵信号，没有偏移，无需发出校正动舵信号，如图如图(a)所示。所示。 有时候在船舶给定的航向两侧均匀摇有时候在船舶给定的航向两侧均匀摇摆，经过比较长的时间后，其平均航摆，经过比较长的时间后，其平均航向仍在正航向

12、上，因此也无需使舵动向仍在正航向上，因此也无需使舵动作，如图作，如图(b)所示。所示。 只需当船舶在偏航死区内左右摇摆不只需当船舶在偏航死区内左右摇摆不均匀，平均航向如图均匀，平均航向如图(c)所示偏离正航所示偏离正航向一侧，且又继续了很长一段时间，向一侧，且又继续了很长一段时间，于是偏航积分环节发出信号，予以校于是偏航积分环节发出信号，予以校正。正。 图图(d)所示为平均航向发生偏移，积分所示为平均航向发生偏移，积分校正器任务后，船舶前往正航向的情校正器任务后，船舶前往正航向的情况。况。自动舵虽能纠偏使船舶前往正自动舵虽能纠偏使船舶前往正航向，但对船舶的横向漂移却航向，但对船舶的横向漂移却无

13、能为力。可利用无能为力。可利用GPS定位系统定位系统来实现航线控制。来实现航线控制。l“比例微分积分调理系统是比较完善的自动舵，但比例微分积分调理系统是比较完善的自动舵，但系统构造较复杂。有的自动舵以系统构造较复杂。有的自动舵以“压舵环节了替代上述压舵环节了替代上述的积分环节，从而使控制系统得到简化。的积分环节，从而使控制系统得到简化。l所谓所谓“压舵，指的是船舶航行遭到继续的单侧横向力的压舵，指的是船舶航行遭到继续的单侧横向力的干扰如风浪、推进器、船舶装载不对称等，使船舶构干扰如风浪、推进器、船舶装载不对称等，使船舶构成向某一侧的小偏航。估计这种情况能够发生，那么在自成向某一侧的小偏航。估计

14、这种情况能够发生，那么在自动舵放大环节的输入端参与某一极性的固定信号，这样产动舵放大环节的输入端参与某一极性的固定信号，这样产生一个相应的固定偏舵角，对船舶构成一个固定的转船力生一个相应的固定偏舵角，对船舶构成一个固定的转船力矩，用以平衡单侧横向干扰力。这一固定大小的舵角称之矩，用以平衡单侧横向干扰力。这一固定大小的舵角称之为压舵角。为压舵角。 4 4压舵调理积分调理即压舵调理积分调理即K3K3要适宜要适宜5 5航向调理航向调理 偏航信号发送器、随动信偏航信号发送器、随动信号发送器和舵角反响信号发送号发送器和舵角反响信号发送器都是控制式自整角机。它们器都是控制式自整角机。它们单机运用，其定子的

15、单相激磁单机运用，其定子的单相激磁绕组接到绕组接到110V的单相电源，转的单相电源，转子的三相整步绕组只联接其中子的三相整步绕组只联接其中的两相作出输出绕组，转轴分的两相作出输出绕组，转轴分别由罗经接纳机分罗经、别由罗经接纳机分罗经、操舵手轮或舵柱经过机械传动操舵手轮或舵柱经过机械传动安装带动。自整角机处于协调安装带动。自整角机处于协调位置时，无输出。位置时，无输出。 此电路的任务条件是：此电路的任务条件是： 元件对称，电桥平衡，参考电压远大于信号电压元件对称，电桥平衡，参考电压远大于信号电压UrefUs，且频率一样。且频率一样。uref+uref_+_+_+_+_us0uRRr272829R

16、fD2D5D3D4rrr下级输入下级输入电阻电阻2910()0refSfuui ri RR320refSuui Ri r03()0fi RRi R1032iiiiurefD3urefuSD2+_+_+_27281i2irrR0uR3i0iRf03()fRRiiR02()refSfuuRRiir0010()()frefSfRRiuuRRiiiRrUs在正半周：在正半周：0000000000000000()()()()0()()()0()22 ()0()()2 ()22 ()(2)2 (frefSfrefSffrefSrefSfffSffffSffRRiuuRRiuuiri RRRrRRriuui

17、 ruuRRii RRRRRriui ri RRRRRrirRRRrR RRui ri RRiRRrRRR Ri000)2(2)2 ()2(2)2 ()fSffffSffRRRiurRRR RRRRui RurRRR RRurefD5urefuSD4+_+_+_2729281i2irrR0uR3i0iRf10()0refSfuui ri RR320refSuui Ri r03()0fi RRi R1032iiii03()fRRiiR02()refSfuuRRiir0010()()frefSfRRiuuRRiiiRr0000000000000000()()()()0()()()0()22 ()0

18、()()2 ()22 ()(2)frefSfrefSffrefSrefSfffSffffSffRRiuuRRiuuiri RRRrRRriuui ruuRRii RRRRRriui ri RRRRRrirRRRrR RRui ri RRiRRrRRi0002 ()2(2)2 ()2(2)2 ()fSffffSffR RRRRiurRRR RRRRui RurRRR RRurefuS0u 相敏电路的输出电压与参考电压无关，其输出电压的大小与输相敏电路的输出电压与参考电压无关，其输出电压的大小与输入电压成正比入电压成正比 ，输出电压的极性取决于输入电压的相位，即船舶偏，输出电压的极性取决于输入电压的相位，即船舶偏离航向的方向。离航向的方向。3 3当当U