船舶电气设备及系统-第十章舵机正规版资料

船舶(chuánbó)电气设备及系统课件第十章舵机第一页，共23页。学习(xuéxí)第十章应该注意的点第十章学习应注意的几个问题：1.对船舶舵机有什么(shénme)基本要求？2.有几种操舵方式？3.各种操舵方式有什么(shénme)特点？4.自动舵是怎样工作的？5.自动舵有几种调节规律？各种调节规律分别起什么(shénme)作用？相对比较难的点：1.各种操舵方式的工作原理；2.自动舵各种调节规律的特点。第二页，共23页。§10-1.舵机的电力(diànlì)拖动与控制的基本要求本节主要内容有两个部分1.舵机装置：主要掌握舵机的分类特点。2.电力拖动与控制的基本要求(yāoqiú)：——三个方面供电、电动机、控制系统第三页，共23页。工作过程：电动机通过连轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再经过(jīngguò)缓冲弹簧转动舵柄（在扇形齿轮下面，通过弹簧推动），从而使舵柱和舵叶偏转。比例舵：可以克服(kèfú)偏航，但容易形成S形航迹，航程较长。比例-微分舵操舵的规律是：偏舵角β的大小与偏航角φ的大小成比例-微分关系，即：——对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。——对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。各种操舵方式有什么(shénme)特点？其中：K1为比例系数，K2为微分系数。工作过程：电动机通过连轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再经过(jīngguò)缓冲弹簧转动舵柄（在扇形齿轮下面，通过弹簧推动），从而使舵柱和舵叶偏转。工作过程(guòchéng)：当一油缸注入高压油而另一油缸排出低压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵柱和舵叶偏转。有三种操舵方式（手动、随动、自动）。回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。舵机的电力(diànlì)拖动与控制的基本要求原理：转换开关改变(gǎibiàn)发电机励磁方向，从而使电动机反转。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。回舵过程相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。自动操舵(cāoduò)仪组成原理。一、舵机(duòjī)装置舵机装置分为(fēnwéi)两类：⑴.电动-机械；⑵.电动-液压。电动-机械舵机装置：工作过程：电动机通过连轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再经过(jīngguò)缓冲弹簧转动舵柄（在扇形齿轮下面，通过弹簧推动），从而使舵柱和舵叶偏转。系统组成：——一般采用G-M系统。作用：蜗杆蜗轮传动，大变比减速，能够锁定舵柱和舵叶。

缓冲弹簧，减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防止传动装置受到损伤。第四页，共23页。电动(diàndònɡ)—液压舵机装置系统组成：恒速电动机（可用普通异步机）拖动双向变量油泵，提供双向的高压(gāoyā)油驱动液压油缸。工作过程(guòchéng)：当一油缸注入高压油而另一油缸排出低压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵柱和舵叶偏转。第五页，共23页。回舵过程相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。主要内容：船舶舵机的“基本要求”、“操舵方式”和“基本调节规律”。比例-微分(wēifēn)-积分舵线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见。单动（香蕉柄）操舵：——在海船上就是应急(yìngjí)操舵。分类：——可分为两类自校正自适应控制系统(kònɡzhìxìtǒnɡ)和模型参考自适应控制系统(kònɡzhìxìtǒnɡ)。方法：左偏航操右舵，舵轮(duòlún)操右几度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。自适应舵可以自动对航线进行判别，可以自动修正内部参数(cānshù)（例如比例系数等）以适应船舶的各种状态或海况。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。[第一节要点]：舵机的分类(fēnlèi)、特点；自动舵的基本类型：——三种(sānzhǒnɡ)第二十二页，共23页。第四节：自适应舵的概念和类型。β=-K1φ比例、比例-微分、比例-微分-积分[第一节要点]：舵机的分类(fēnlèi)、特点；基本要求：——三可靠。——都要可靠。供电：采用(cǎiyòng)双路供电，两路分离较远的馈电线，其中一路经应急配电板。电动机：机械特性软（抗冲击），转矩大（35°-30°，28秒），能承受1分钟的堵转。控制系统：至少两个操作站（由转换开关切换，防止同时操作），有三种操舵方式（手动、随动、自动）。[第一节要点]：舵机的分类(fēnlèi)、特点；基本要求。对舵机(duòjī)装置的要求第六页，共23页。§10-2.操舵方式及其基本工作(gōngzuò)原理

本节主要内容有三个部分——即三种(sānzhǒnɡ)操舵方式的工作原理，主要掌握它们的作用、特点和工作原理。第七页，共23页。单动（香蕉柄）操舵：——在海船上就是应急(yìngjí)操舵。方法：手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。——人看分罗经和舵角指示器操舵。原理：转换开关改变(gǎibiàn)发电机励磁方向，从而使电动机反转。单动操舵(cāoduò)工作原理电动机励磁不变。第八页，共23页。随动操舵，又叫“舵轮(duòlún)操舵”。随动——舵叶随着舵轮(duòlún)转动。方法：左偏航操右舵，舵轮(duòlún)操右几度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。原理：是负反馈调节系统。以舵角和舵轮的偏差(piānchā)控制电动机。操舵过程：舵轮向右转过一个角度α，电位器R1的滑动点移动，电桥失去平衡，放大器输入信号>0，发电机输出电压使电动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角反馈同步传递机构带动反馈电位器R2的滑动点不断向a’点移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角度上。回舵过程相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。随动操舵工作原理第九页，共23页。自动操舵：实际上是自动航向(hángxiàng)保持仪。组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向(hángxiàng)α，然后与给定航向(hángxiàng)K°进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向(hángxiàng)上。船舶回到正航向(hángxiàng)后，舵叶不再偏转。线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见。操舵(cāoduò)过程：见下图自动操舵(cāoduò)工作原理第十页，共23页。[第二节要点]：操舵(cāoduò)方式(种类、原理)；自动操舵(cāoduò)仪组成原理。第十一页，共23页。§本节主要内容有1.自动舵的基本类型：——三种(sānzhǒnɡ)比例、比例-微分、比例-微分-积分第十二页，共23页。自动舵方框图自动操舵基本(jīběn)类型定义：自动舵的基本类型是指按操舵的规律分类的（也就是舵的偏转规律）类型，而不是舵机装置的类型。三种基本类型：⑴.比例舵；⑵.比例-微分舵；⑶.比例-微分-积分舵。说明：不同(bùtónɡ)基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同(bùtónɡ)的。偏航(piānhánɡ)与操舵第十三页，共23页。比例(bǐlì)舵比例舵操舵的规律是：偏舵角β的大小与偏航角φ的大小成比例关系，即：β=-K1φ其中：K1为比例系数，负号表示与偏航方向相反。特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现S形航迹）。比例舵的不足：偏航初期偏舵角较小，不能很快阻止船舶继续偏航；回航过程中船舶具有(jùyǒu)惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。第十四页，共23页。比例-微分舵操舵的规律是：偏舵角β的大小与偏航角φ的大小成比例-微分关系，即：β=-（K1φ+K2dφ/dt）其中：K1为比例系数，K2为微分系数。说明：偏航初期，偏航角变化率大，比例-微分舵能及时给出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角较小）；回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。主要特点：具有“超前校正(jiàozhèng)”的控制作用，减小船舶航向的振荡，减轻舵机负担，增加航速，提高系统灵敏度和船舶的营运效益。比例(bǐlì)-微分舵第十五页，共23页。比例-微分(wēifēn)-积分舵组成：是在比例-微分舵基础上增加积分环节。积分环节作用是——克服不对称偏航。K3是积分系数。不对称偏航的产生：不对称偏航是某舷（侧）的偏航角持续时间比另一舷（侧）偏航角持续时间长。原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持续影响。——对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。积分环节工作原理：积分环节可以对偏航持续时间进行累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持续时间长时，通过环节输出的信号（偏舵角）将继续保持，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转(piānzhuǎn)角度上，从而使船舶具有克服单向偏航的能力。第十六页，共23页。比例舵：可以克服(kèfú)偏航，但容易形成S形航迹，航程较长。比例-微分舵：可以减小最大偏航角，克服(kèfú)回航时的反向偏航。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。比例-微分-积分舵：能够产生“自动压舵”调节，克服(kèfú)不对称偏航。[第三节要点]：自动舵的基本类型；各种(ɡèzhǒnɡ)调节规律的性能、特点。操舵定律(dìnglǜ)特点比较第十七页，共23页。§本节主要内容有两部分这两部分的主要要求是了解(liǎojiě)各自的有关概念第十八页，共23页。概述：具有比例、微分和积分调节作用的自动舵称为PID自动舵。这种PID舵实际上是航向(hángxiàng)保持仪，不能实现航迹的自动跟踪。而且，在不同的海况下，比例、微分、积分等参数需要人为地进行调节，才能达到比较满意的调节效果。PID自动舵原理：电罗经和自整角机将船舶的实际航向和给定航向比较，得到偏航信号经发讯器2和相敏整流器整流后送到灵敏度调节器，再经过比例、微分和积分环节（5、6和13）调节后，由放大器8和功率放大器9进行放大，送给(sònɡɡěi)执行机构10对舵机进行调节控制。一、PID自动舵系统工作(gōngzuò)原理第十九页，共23页。二、自适应(shìyìng)舵的基本概念和调节原理定义：通过计算机将所有检测信号进行处理，使舵机按照给定航线进行操舵的自动舵称为自适应舵。自适应舵可以自动对航线进行判别，可以自动修正内部参数(cānshù)（例如比例系数等）以适应船舶的各种状态或海况。分类：——可分为两类自校正自适应控制系统(kònɡzhìxìtǒnɡ)和模型参考自适应控制系统(kònɡzhìxìtǒnɡ)。第二十页，共23页。自校正控制(kòngzhì)系统：自动校正系统的控制(kòngzhì)参数，使性能指标接近最优。模型参考控制(kòngzhì)系统：设计一个理想（最优）的参考模型，计算机根据实际检测，实现接近该理想模型的控制(kòngzhì)规律。说明：具体工作原理分析需要较深基础知识。因此(yīncǐ)，本节只做一般了解。[第四节要点(yàodiǎn)]：自适应舵的概念和类型。自适应舵说明第二十一页，共23页。第十章各节要点(yàodiǎn)各节要点：第一节：舵机的分类、特点