1、第十章第十章 船舶舵機的電力拖船舶舵機的電力拖動與控制動與控制 10-110-1.舵機的電力拖動與控制的基本要求舵機的電力拖動與控制的基本要求 10-210-2.操舵方式及其基本工作原理操舵方式及其基本工作原理 10-310-3.自動舵的基本類型及其調節(jié)規(guī)律自動舵的基本類型及其調節(jié)規(guī)律10-410-4.自動舵系統(tǒng)基本工作原理自動舵系統(tǒng)基本工作原理第十章小結第十章小結學習第十章應該注意的點學習第十章應該注意的點第十章學習應注意的幾個問題：第十章學習應注意的幾個問題： 1.對船舶舵機有什么基本要求？對船舶舵機有什么基本要求？ 2.有幾種操舵方式？有幾種操舵方式？ 3.各種操舵方式有什么特點？各種操

2、舵方式有什么特點？ 4.自動舵是怎樣工作的？自動舵是怎樣工作的？ 5.自動舵有幾種調節(jié)規(guī)律？各種調節(jié)規(guī)律分別自動舵有幾種調節(jié)規(guī)律？各種調節(jié)規(guī)律分別起什么作用？起什么作用？相對比較難的點：相對比較難的點： 1.各種操舵方式的工作原理；各種操舵方式的工作原理；2.自動舵各種調自動舵各種調節(jié)規(guī)律的特點。節(jié)規(guī)律的特點。10-1. 舵機的電力拖動與控舵機的電力拖動與控制的基本要求制的基本要求本節(jié)主要內容有兩個部分本節(jié)主要內容有兩個部分 1.1.舵機裝置：舵機裝置： 主要掌握舵機的分類特點。主要掌握舵機的分類特點。 2.2.電力拖動與控制的基本要求：電力拖動與控制的基本要求： 三個方面三個方面 供電、電動

3、機、控制系統(tǒng)供電、電動機、控制系統(tǒng)一、舵機裝置一、舵機裝置 舵機裝置分為兩類：舵機裝置分為兩類： . .電動電動 - - 機械；機械；. .電動電動 - - 液壓。液壓。 電動電動 - - 機械舵機裝置機械舵機裝置： 工作過程：工作過程：電動機通過連電動機通過連軸節(jié)帶動蝸桿蝸輪轉動，并通軸節(jié)帶動蝸桿蝸輪轉動，并通過主動齒輪帶動扇形齒輪，再過主動齒輪帶動扇形齒輪，再經過緩沖彈簧轉動舵柄（在扇經過緩沖彈簧轉動舵柄（在扇形齒輪下面，通過彈簧推動），形齒輪下面，通過彈簧推動），從而使舵柱和舵葉偏轉。從而使舵柱和舵葉偏轉。系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 一般采用一般采用G-M系統(tǒng)。系統(tǒng)。作用：作用：蝸桿蝸輪傳動，

4、蝸桿蝸輪傳動，大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。 緩沖彈簧，緩沖彈簧，減輕船舶在航行中波浪對舵葉的沖擊力，減輕船舶在航行中波浪對舵葉的沖擊力，防止傳動裝置受到損傷。防止傳動裝置受到損傷。 電動電動 液壓舵機裝置液壓舵機裝置系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 恒速電動機恒速電動機（可用普通異步（可用普通異步機）拖動雙向變機）拖動雙向變量油泵，提供雙量油泵，提供雙向的高壓油驅動向的高壓油驅動液壓油缸。液壓油缸。 工作過程：工作過程：當一油缸注入高壓油而另一油缸排出當一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時，推動撞桿（活塞）移動，從而帶動舵柄，低壓油時，推動撞桿（活塞）移動，從而帶動舵

5、柄，舵柱和舵葉偏轉。舵柱和舵葉偏轉?；疽螅夯疽螅?三可靠。三可靠。 1.1.供電；供電；2.2.電動機運行；電動機運行；3.3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)都要可靠都要可靠 。供電：供電： 采用雙路供電采用雙路供電 ，兩路分離較遠的饋電線，兩路分離較遠的饋電線， 其中一路經應急配電板。其中一路經應急配電板。電動機：電動機： 機械特性軟（抗沖擊），轉矩大（機械特性軟（抗沖擊），轉矩大（3535- 30- 30，2828秒），秒）， 能承受能承受1 1分鐘的堵轉。分鐘的堵轉。 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)： 至少兩個操作站（由轉換開關切換，防止同時操作），至少兩個操作站（由轉換開關切換，防止同時操作）， 有三種

6、操舵方式（手動、隨動、自動）。有三種操舵方式（手動、隨動、自動）。第一節(jié)要點第一節(jié)要點：舵機的分類、特點；基本要求。：舵機的分類、特點；基本要求。 對舵機裝置的要求對舵機裝置的要求10-2.操舵方式及其基本工作原理操舵方式及其基本工作原理 本節(jié)主要內容有三個部分本節(jié)主要內容有三個部分 即三種操舵方式的工作原理，主要掌握即三種操舵方式的工作原理，主要掌握它們的作用、特點和工作原理。它們的作用、特點和工作原理。 1.1.單動操舵工作原理單動操舵工作原理 2.2.隨動操舵工作原理隨動操舵工作原理 3.3.自動操舵工作原理自動操舵工作原理單動（香蕉柄）操舵：單動（香蕉柄）操舵： 在海船上就是在海船上就

7、是應急操舵。應急操舵。方法：方法：手扳舵轉，復零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右手扳舵轉，復零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。扳，回舵左扳。 人看分羅經和舵角指示器操舵。人看分羅經和舵角指示器操舵。原理：原理：轉換開關改變發(fā)電機勵磁方轉換開關改變發(fā)電機勵磁方向，從而使電動機反轉。向，從而使電動機反轉。 單動操舵工作原理單動操舵工作原理電動機勵磁不變。電動機勵磁不變。隨動隨動操舵，又叫操舵，又叫“舵輪操舵舵輪操舵”。隨動隨動 舵葉隨著舵輪轉動舵葉隨著舵輪轉動 。方法：方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)鬃笃讲儆叶?，舵輪操右?guī)锥龋嫒~右偏幾度（右偏也相似）。度，舵葉右偏幾度（右偏也相似）

8、。 原理：原理：是負反饋調節(jié)系統(tǒng)。以舵是負反饋調節(jié)系統(tǒng)。以舵角和舵輪的偏差控制電動機。角和舵輪的偏差控制電動機。 操舵過程：操舵過程：舵輪舵輪向右轉過一個角向右轉過一個角度度，電位器電位器R R1 1的滑動點移動，的滑動點移動，電橋失去平衡，放大器輸入信號電橋失去平衡，放大器輸入信號00，發(fā)電機輸出電壓使電動機順，發(fā)電機輸出電壓使電動機順時針方向轉動，使舵葉向右偏轉。時針方向轉動，使舵葉向右偏轉。同時舵角反饋同步傳遞機構帶動同時舵角反饋同步傳遞機構帶動反饋電位器反饋電位器R R2 2的滑動點不斷向的滑動點不斷向a點移動。當電橋重新處于新的平點移動。當電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時，放大器輸入衡狀態(tài)

9、時，放大器輸入=0=0，電動電動機停轉，舵葉處于右舵與舵輪轉機停轉，舵葉處于右舵與舵輪轉動相對應的角度上。動相對應的角度上?；囟孢^程相似，只是放大器輸入變回舵過程相似，只是放大器輸入變反，電動機反轉，舵葉回偏。反，電動機反轉，舵葉回偏。 隨動操舵工作原理隨動操舵工作原理 自動操舵：自動操舵：實際上是自動航向保持儀。實際上是自動航向保持儀。 組成原理：組成原理：利用電羅經檢測船舶實際航向利用電羅經檢測船舶實際航向 ，然后與，然后與給定航向給定航向K K進行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號，進行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號，使操舵裝置動作，改變偏舵角使操舵裝置動作，改變偏舵角。在舵角的作用

10、下，船舶逐。在舵角的作用下，船舶逐漸回到正航向上。船舶回到正航向后，舵葉不再偏轉。漸回到正航向上。船舶回到正航向后，舵葉不再偏轉。 線路分析：線路分析：最簡單的電動操舵線路的工作過程見。最簡單的電動操舵線路的工作過程見。操舵過程：見操舵過程：見下圖下圖 自動操舵工作原理自動操舵工作原理第二節(jié)要點第二節(jié)要點：操舵方式：操舵方式(種類、原理種類、原理)；自動操舵；自動操舵儀組成原理。儀組成原理。10-3.自動舵的基本類自動舵的基本類型及其調節(jié)規(guī)律型及其調節(jié)規(guī)律本節(jié)主要內容有本節(jié)主要內容有 1.1.自動舵的基本類型：自動舵的基本類型： 三種三種 比例、比例比例、比例- -微分、比例微分、比例- -微

11、分微分- -積分積分 2.2.三種自動類型的作用和特點三種自動類型的作用和特點自動舵方框圖自動舵方框圖 自動操舵自動操舵基本類型基本類型 定義：定義：自動舵的基本類型是指按操舵自動舵的基本類型是指按操舵的規(guī)律分類的（也就是舵的偏轉規(guī)律）類的規(guī)律分類的（也就是舵的偏轉規(guī)律）類型，而不是舵機裝置的類型。型，而不是舵機裝置的類型。 三種基本類型：三種基本類型：. .比例舵；比例舵；. .比例比例 - - 微分舵；微分舵；. .比例比例 - - 微分微分 - - 積分舵。積分舵。 說明：說明：不同基本類型的自動舵，對舵不同基本類型的自動舵，對舵葉的調節(jié)規(guī)律是不同的。葉的調節(jié)規(guī)律是不同的。偏航與操舵偏航

12、與操舵 比例舵比例舵 比例舵操舵的規(guī)律是：比例舵操舵的規(guī)律是：偏舵角偏舵角的大小與偏航的大小與偏航角角的大小成比例關系，即：的大小成比例關系，即： = - K= - K1 1其中：其中：K K1 1為比例系數，負號表示與偏航方向相反。為比例系數，負號表示與偏航方向相反。 特點：特點：機構簡單，航行保持精度較差，船舶營機構簡單，航行保持精度較差，船舶營運經濟性較差（會出現運經濟性較差（會出現S S形航跡）。形航跡）。 比例舵的不足：比例舵的不足：偏航初期偏舵角較小，不能很偏航初期偏舵角較小，不能很快阻止船舶繼續(xù)偏航；回航過程中船舶具有慣性，快阻止船舶繼續(xù)偏航；回航過程中船舶具有慣性，偏舵角不能及

13、時減小，容易反向偏航。偏舵角不能及時減小，容易反向偏航。 比例比例- -微分舵操舵的規(guī)律是：微分舵操舵的規(guī)律是：偏舵角偏舵角的大小與偏航的大小與偏航角角的大小成比例的大小成比例- -微分關系，即：微分關系，即： = - = -（K K1 1+K+K2 2d d/dt/dt）其中：其中：K K1 1為比例系數，為比例系數，K K2 2為微分系數。為微分系數。 說明說明：偏航初期，偏航角變化率大，比例：偏航初期，偏航角變化率大，比例 - - 微分舵微分舵能及時給出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角較能及時給出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角較?。?；回航時，偏航角變化率變?yōu)樨撝?，能適時給出

14、反舵?。换睾綍r，偏航角變化率變?yōu)樨撝?，能適時給出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。 主要特點：主要特點：具有具有“超前校正超前校正”的控制作用，減小船的控制作用，減小船舶航向的振蕩，減輕舵機負擔，增加航速，提高系統(tǒng)靈敏舶航向的振蕩，減輕舵機負擔，增加航速，提高系統(tǒng)靈敏度和船舶的營運效益。度和船舶的營運效益。 比例比例- -微分舵微分舵 比例比例- -微分微分- -積分舵積分舵 組成：組成：是在比例是在比例 - - 微分舵基礎上增加積分環(huán)節(jié)。微分舵基礎上增加積分環(huán)節(jié)。積分積分環(huán)節(jié)作用是環(huán)節(jié)作用是 克服不對稱偏航?？朔粚ΨQ偏航。K K3

15、 3是積分系數。是積分系數。 不對稱偏航的產生：不對稱偏航的產生：不對稱偏航是某舷（側）的偏航角不對稱偏航是某舷（側）的偏航角持續(xù)時間比另一舷（側）偏航角持續(xù)時間長。持續(xù)時間比另一舷（側）偏航角持續(xù)時間長。 原因：原因：裝載不對稱，斜向風的持續(xù)影響，斜向海潮的持裝載不對稱，斜向風的持續(xù)影響，斜向海潮的持續(xù)影響。續(xù)影響。 對于具有雙螺旋槳推進的船舶，螺旋槳推進對于具有雙螺旋槳推進的船舶，螺旋槳推進的不平衡也會產生不對稱偏航。的不平衡也會產生不對稱偏航。 積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對偏航持續(xù)時間進行積分環(huán)節(jié)可以對偏航持續(xù)時間進行累積，當某舷（側）偏航持續(xù)的時間比另一舷（側）持

16、續(xù)時累積，當某舷（側）偏航持續(xù)的時間比另一舷（側）持續(xù)時間長時，通過環(huán)節(jié)輸出的信號（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個間長時，通過環(huán)節(jié)輸出的信號（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個信號將通過執(zhí)行機構使舵葉維持在一定的偏轉角度上，從而信號將通過執(zhí)行機構使舵葉維持在一定的偏轉角度上，從而使船舶具有克服單向偏航的能力。使船舶具有克服單向偏航的能力。 比例舵：可以克服偏航，但容易形成比例舵：可以克服偏航，但容易形成S S形航跡，形航跡，航程較長。航程較長。 比例比例 - - 微分舵：可以減小最大偏航角，克服微分舵：可以減小最大偏航角，克服回航時的反向偏航。但微分系數不能太大，否則容回航時的反向偏航。但微分系數不能太大，否

17、則容易造成不穩(wěn)定。易造成不穩(wěn)定。 比例比例 - - 微分微分 - - 積分舵：能夠產生積分舵：能夠產生“自動壓舵自動壓舵”調節(jié)，克服不對稱偏航。調節(jié)，克服不對稱偏航。第三節(jié)要點第三節(jié)要點：自動舵的基本類型；各種調節(jié)規(guī)律：自動舵的基本類型；各種調節(jié)規(guī)律的性能、特點。的性能、特點。 操舵定律特點比較操舵定律特點比較10-4.自動舵系統(tǒng)基本工作原理自動舵系統(tǒng)基本工作原理本節(jié)主要內容有兩部分本節(jié)主要內容有兩部分 1.PID1.PID自動舵系統(tǒng)的工作原理自動舵系統(tǒng)的工作原理 2.2.適應舵的基本概念和調節(jié)原理適應舵的基本概念和調節(jié)原理 這兩部分的主要要求是了解各自的有關概念這兩部分的主要要求是了解各自的

18、有關概念 概述：概述：具有比具有比例、微分和積分調例、微分和積分調節(jié)作用的自動舵稱節(jié)作用的自動舵稱為為PIDPID自動舵。這種自動舵。這種PIDPID舵實際上是航向舵實際上是航向保持儀，不能實現保持儀，不能實現航跡的自動跟蹤。航跡的自動跟蹤。而且，在不同的海而且，在不同的海況下，比例、微分、況下，比例、微分、積分等參數需要人積分等參數需要人為地進行調節(jié)，才為地進行調節(jié)，才能達到比較滿意的能達到比較滿意的調節(jié)效果。調節(jié)效果。 PID PID自動舵原理：自動舵原理：電羅經和自整角機將船舶電羅經和自整角機將船舶的實際航向和給定航向比較，得到偏航信號經的實際航向和給定航向比較，得到偏航信號經發(fā)訊器發(fā)訊

19、器2 2和相敏整流器整流后送到靈敏度調節(jié)器，和相敏整流器整流后送到靈敏度調節(jié)器，再經過比例、微分和積分環(huán)節(jié)（再經過比例、微分和積分環(huán)節(jié)（5 5、6 6和和1313）調）調節(jié)后，由放大器節(jié)后，由放大器8 8和功率放大器和功率放大器9 9進行放大，送進行放大，送給執(zhí)行機構給執(zhí)行機構1010對舵機進行調節(jié)控制。對舵機進行調節(jié)控制。一、一、PID自動舵系統(tǒng)工作原理自動舵系統(tǒng)工作原理二、二、自適應舵的基本概念和調節(jié)原理自適應舵的基本概念和調節(jié)原理 定義：定義：通過計算機將所有檢測信號進行通過計算機將所有檢測信號進行處理，使舵機按照給定航線進行操舵的自動處理，使舵機按照給定航線進行操舵的自動舵稱為自適應舵。自適應舵可以自動對航線舵稱為自適應舵。自適應舵可以自動對航線進行判別，可以自動修正內部參數（例如比進行判別，可以自動修正內部參數（例如比例系數等）以適應船舶的各種狀態(tài)或海況。例系數等）以適應船舶的各種狀態(tài)或海況。 分類：分類：可分為兩類可分為兩類自校正自校正自適應控制系統(tǒng)和自適應控制系統(tǒng)和模模型參考型參考自適應控制系統(tǒng)。自適應控制系統(tǒng)。自校正控制系統(tǒng)：自校正控制系統(tǒng)： 自動校正系統(tǒng)的控制參數，使性能指標接近最優(yōu)。自動校正系統(tǒng)的控制參數，使性能指標接近最優(yōu)。