第三篇船舶舵机的电力拖动与控制

第三篇船舶舵机的电力拖动与控制概述一、舵机设备的组成1、控制系统：由指令发送器、接收器、控制线路等组成。是舵机设备的指挥控制系统。2、舵机：操舵的动力装置，分为人力舵、气动舵、电动舵和电动液压舵。3、舵叶：用以产生转船力矩，空心、流线型。

常用的舵机装置：⑴.电动-机械；⑵.电动-液压。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。电动-机械舵机装置：

电动—

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，提供双向的高压油驱动液压油缸。工作过程：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。基本要求：——

三可靠。

1.供电；2.电动机运行；3.控制系统——都要可靠。供电：采用双路供电，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）。二、对舵机装置的要求第九章船舶舵机基本工作原理

第一节单动操舵工作原理一、电动—单动（香蕉柄）操舵：在海船上就是应急操舵。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：转换开关改变发电机励磁方向，从而使电动机反转。电动机励磁不变。1JLCRD1WH11WH24WH14WH22JLCTAQA1JLC1JLC3WH1SDK2SDKDCF1DCF21CK2CKDAKAC380VM～×RD二、液压—单动（香蕉柄）操舵：油泵选1WH1：2号油泵择开关1WH2：1号油泵3WH：操舵地址转换开关1SDK：驾驶台操舵手柄2SDK：舵机间操舵手柄1JLC：1号油泵接触器油泵操控4WH1：驾驶台位置选择4WH2：舵机间操舵位置选择打到驾驶室，4WH1闭合∨∨∨∨∨∨油泵开关选择1号，1WH1闭合，1号油泵启动驾驶台控制，3WH向上合，1SDK上合，左舵；下合，右舵。驾驶台控制时，两个油泵可自动互相备用；舵机间操作时，4WH2闭合，需手动启动油泵，两个油泵不能自动互相备用；随动操舵，又叫“舵轮操舵”。随动——

舵叶随着舵轮转动。方法：左偏航操右舵，舵轮操右几度，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。第二节随动操舵工作原理☆DD2型电子式随动操舵系统系统组成：有两套相互独立的电气系统，分别控制两套液压装置；两套油泵电机能自动切换。电气控制系统组成：1、信号传输与比较：FS自整角发送机，与舵轮相连；ZS整角接收机，与舵柱相连；两机不同步时，发出比较信号。2、相敏整流电路：由晶体管1BG1、1BG2、二极管1D1—1D4组成。作用：将输入的交流信号整流成极性与交流信号相位相对应的直流信号。3、触发电路：由射极耦合双稳态触发器及间歇振荡器组成。

1BG3、1BG5、1BG7为工作于正信号触发电路；1BG4、1BG6、1BG8为工作于负信号触发电路；4、放大电路：由可控硅1K1、1K2组成。5、执行元件：由电磁阀DCF1、DCF2组成。一、自动操舵工作原理自动操舵：实际上是自动航向保持仪。组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向α，然后与给定航向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上。船舶回到正航向后，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。第三节自动操舵工作原理自动舵方框图二、自动操舵基本类型定义：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：不同基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同的。偏航与操舵1、比例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惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。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”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。2、比例-微分舵通常所说的纠偏舵、稳舵角或反舵角等均指微分舵作用。3、比例-微分-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。积分环节作用：消除船舶由于船型不对称、螺旋浆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横向移动距离。（不灵敏区是在△φ较小时，自动舵是不调节的）。

比例舵：可以克服偏航，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，克服不对称偏航。4、操舵规律特点比较5、具有必要的调节装置灵敏度调节（俗称天气调节）：调动舵的最小偏航角。舵角比例调节：调K1。反舵角调节：调K2。压舵调节:调K3航向调节：调节电罗经。

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。一、PID自动舵系统工作原理第四节自动舵系统基本工作原理

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，送给执行机构10对舵机进行调节控制。二、自适应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（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和模型参考自适应控制系统。自校正控制系统：自动校正系统的控制参数，使性能指标接近最优。模型参考控制系统：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规律。

说明：具体工作原理分析需要较深基础知识。因此，本节只做一般了解。

自适应