1、6.7自動(dòng)操舵控制系統(tǒng)自動(dòng)操舵控制系統(tǒng)教學(xué)要求：教學(xué)要求：了解船舶舵機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)控制設(shè)備的了解船舶舵機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)控制設(shè)備的要求，理解自動(dòng)操舵的工作原理，掌握比要求，理解自動(dòng)操舵的工作原理，掌握比例舵、微分舵、積分舵的調(diào)節(jié)規(guī)律。例舵、微分舵、積分舵的調(diào)節(jié)規(guī)律。船舶舵機(jī)操縱臺(tái)船舶舵機(jī)操縱臺(tái)船舶舵機(jī)總組成機(jī)房船舶舵機(jī)總組成機(jī)房轉(zhuǎn)船力矩：轉(zhuǎn)船力矩：T=FT=F2 2L L舵機(jī)裝置舵機(jī)裝置 舵機(jī)裝置由操舵裝置、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)舵機(jī)裝置由操舵裝置、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和舵葉四部分組成。構(gòu)和舵葉四部分組成。 按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分：按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分： 1電動(dòng)電動(dòng)機(jī)械舵機(jī)裝置機(jī)械舵機(jī)裝置 電動(dòng)機(jī)通過齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵葉電動(dòng)機(jī)

2、通過齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵葉 2電動(dòng)電動(dòng)液壓舵機(jī)裝置液壓舵機(jī)裝置 電動(dòng)機(jī)通過液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵葉電動(dòng)機(jī)通過液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)舵葉 舵機(jī)裝置分為兩類：舵機(jī)裝置分為兩類： . .電動(dòng)電動(dòng) - - 機(jī)械；機(jī)械；. .電動(dòng)電動(dòng) - - 液壓。液壓。 電動(dòng)電動(dòng) - - 機(jī)械舵機(jī)裝置機(jī)械舵機(jī)裝置： 工作過程：工作過程：電動(dòng)機(jī)通過連電動(dòng)機(jī)通過連軸節(jié)帶動(dòng)蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通軸節(jié)帶動(dòng)蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過主動(dòng)齒輪帶動(dòng)扇形齒輪，再過主動(dòng)齒輪帶動(dòng)扇形齒輪，再經(jīng)過緩沖彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)舵柄（在扇經(jīng)過緩沖彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)舵柄（在扇形齒輪下面，通過彈簧推動(dòng)），形齒輪下面，通過彈簧推動(dòng)），從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：

3、一般采用一般采用G-M系統(tǒng)。系統(tǒng)。作用：蝸桿蝸輪傳動(dòng)，大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。作用：蝸桿蝸輪傳動(dòng)，大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。 緩沖彈簧，減輕船舶在航行中波浪對(duì)舵葉的沖擊力，緩沖彈簧，減輕船舶在航行中波浪對(duì)舵葉的沖擊力，防止傳動(dòng)裝置受到損傷。防止傳動(dòng)裝置受到損傷。 電動(dòng)電動(dòng) 液壓舵機(jī)裝置液壓舵機(jī)裝置系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 恒速電動(dòng)機(jī)恒速電動(dòng)機(jī)（可用普通異步（可用普通異步機(jī)）拖動(dòng)雙向變機(jī)）拖動(dòng)雙向變量油泵，提供雙量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動(dòng)向的高壓油驅(qū)動(dòng)液壓油缸。液壓油缸。 工作過程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出工作過程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時(shí)，推動(dòng)撞桿（活塞）移

4、動(dòng)，從而帶動(dòng)舵柄，低壓油時(shí)，推動(dòng)撞桿（活塞）移動(dòng)，從而帶動(dòng)舵柄，舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)?；疽螅夯疽螅?三可靠。三可靠。1.1.供電可靠：供電可靠： 采用雙路供電采用雙路供電 ，兩路分離較遠(yuǎn)的饋電線，兩路分離較遠(yuǎn)的饋電線，其中一路經(jīng)應(yīng)急配電板。其中一路經(jīng)應(yīng)急配電板。一、舵機(jī)對(duì)電控設(shè)備的要求一、舵機(jī)對(duì)電控設(shè)備的要求2.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠：電動(dòng)液壓舵機(jī)：普通長(zhǎng)期工作制，過載能力強(qiáng)的電動(dòng)液壓舵機(jī)：普通長(zhǎng)期工作制，過載能力強(qiáng)的鼠籠電動(dòng)機(jī)鼠籠電動(dòng)機(jī)電動(dòng)舵機(jī)：電動(dòng)舵機(jī)：應(yīng)能在船舶處于最深航海吃水，并以應(yīng)能在船舶處于最深航海吃水，并以最大營(yíng)運(yùn)航速前進(jìn)時(shí)，將舵自任一舷的最大營(yíng)運(yùn)航速前

5、進(jìn)時(shí)，將舵自任一舷的35轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)至另一舷的另一舷的35，且能在不大于，且能在不大于28s的時(shí)間內(nèi)將舵的時(shí)間內(nèi)將舵自任何一舷的自任何一舷的35轉(zhuǎn)至另一舷的轉(zhuǎn)至另一舷的30。 舵機(jī)電動(dòng)機(jī)有軟的機(jī)械特性和足夠大的過載能力，舵機(jī)電動(dòng)機(jī)有軟的機(jī)械特性和足夠大的過載能力，堵轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)能持續(xù)堵轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)能持續(xù)1min以上，仍不致將電動(dòng)機(jī)燒以上，仍不致將電動(dòng)機(jī)燒壞。壞。3控制系統(tǒng)要可靠控制系統(tǒng)要可靠（1）應(yīng)有駕駛臺(tái)和舵機(jī)艙兩個(gè)以上控制站、）應(yīng)有駕駛臺(tái)和舵機(jī)艙兩個(gè)以上控制站、并設(shè)轉(zhuǎn)換開關(guān)防同時(shí)操作。并設(shè)轉(zhuǎn)換開關(guān)防同時(shí)操作。（2）設(shè)有自動(dòng)、隨動(dòng)、應(yīng)急三種操舵。）設(shè)有自動(dòng)、隨動(dòng)、應(yīng)急三種操舵。（3）應(yīng)設(shè)舵葉偏轉(zhuǎn)限位開關(guān)，

6、失壓報(bào)警，自）應(yīng)設(shè)舵葉偏轉(zhuǎn)限位開關(guān)，失壓報(bào)警，自動(dòng)操舵極限角自動(dòng)報(bào)警。動(dòng)操舵極限角自動(dòng)報(bào)警。二、二、操舵方式、類型、工作原理操舵方式、類型、工作原理 三種操舵方式，主要掌握它們的作用、特點(diǎn)和工三種操舵方式，主要掌握它們的作用、特點(diǎn)和工作原理。作原理。 1.1.單動(dòng)操舵工作原理單動(dòng)操舵工作原理 2.2.隨動(dòng)操舵工作原理隨動(dòng)操舵工作原理 3.3.自動(dòng)操舵工作原理自動(dòng)操舵工作原理單動(dòng)（香蕉柄）操舵：?jiǎn)蝿?dòng)（香蕉柄）操舵： 在海船上就是應(yīng)急操舵。在海船上就是應(yīng)急操舵。方法：手扳舵轉(zhuǎn)，復(fù)零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右方法：手扳舵轉(zhuǎn)，復(fù)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

7、分羅經(jīng)和舵角指示器操舵。人看分羅經(jīng)和舵角指示器操舵。原理：轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方原理：轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方向，從而使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。向，從而使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 單動(dòng)操舵工作原理單動(dòng)操舵工作原理電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變。電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變。性質(zhì)：性質(zhì)：1操舵手柄或舵輪位置不與操舵手柄或舵輪位置不與舵葉位置相對(duì)應(yīng)，要用舵角舵葉位置相對(duì)應(yīng)，要用舵角指示器才能知道舵葉所轉(zhuǎn)角指示器才能知道舵葉所轉(zhuǎn)角度。度。2操舵手柄向某一方向，電操舵手柄向某一方向，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)舵葉向相應(yīng)方向，動(dòng)機(jī)拖動(dòng)舵葉向相應(yīng)方向，手柄回零，舵葉固定在某一手柄回零，舵葉固定在某一角度。角度。3要使舵葉回到中間位置，要使舵葉回到中間位置，手柄反向。手柄反

8、向。4太平舵：手直接板動(dòng)舵葉太平舵：手直接板動(dòng)舵葉。隨動(dòng)隨動(dòng)操舵，又叫操舵，又叫“舵輪操舵舵輪操舵”。隨動(dòng)隨動(dòng) 舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動(dòng) 。方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)追椒ǎ鹤笃讲儆叶?，舵輪操右?guī)锥?，舵葉右偏幾度（右偏也相似）。度，舵葉右偏幾度（右偏也相似）。 原理：是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵原理：是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵角和舵輪的偏差控制電動(dòng)機(jī)。角和舵輪的偏差控制電動(dòng)機(jī)。 操舵過程操舵過程：舵輪：舵輪向右轉(zhuǎn)過一個(gè)角向右轉(zhuǎn)過一個(gè)角度度，電位器電位器R R1 1的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，電橋失去平衡，放大器輸入信號(hào)電橋失去平衡，放大器輸入信號(hào)00，發(fā)電機(jī)輸出電壓使電動(dòng)機(jī)順，發(fā)電機(jī)輸出電壓

9、使電動(dòng)機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。同時(shí)舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動(dòng)同時(shí)舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反饋電位器反饋電位器R R2 2的滑動(dòng)點(diǎn)不斷向的滑動(dòng)點(diǎn)不斷向a點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)電橋重新處于新的平點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時(shí)，放大器輸入衡狀態(tài)時(shí)，放大器輸入=0=0，電動(dòng)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉處于右舵與舵輪轉(zhuǎn)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉處于右舵與舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度上。動(dòng)相對(duì)應(yīng)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(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，舵葉回偏。反，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，舵葉回偏。 隨動(dòng)操舵工作原理隨動(dòng)操舵工作原理 自動(dòng)操舵：實(shí)際上是自動(dòng)航向保持儀。自動(dòng)操舵：實(shí)際上是自動(dòng)航

10、向保持儀。 組成原理：利用電羅經(jīng)檢測(cè)船舶實(shí)際航向組成原理：利用電羅經(jīng)檢測(cè)船舶實(shí)際航向 ，然后與，然后與給定航向給定航向K K進(jìn)行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號(hào)，進(jìn)行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號(hào)，使操舵裝置動(dòng)作，改變偏舵角使操舵裝置動(dòng)作，改變偏舵角。在舵角的作用下，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(zhuǎn)。漸回到正航向上。船舶回到正航向后，舵葉不再偏轉(zhuǎn)。 線路分析：最簡(jiǎn)單的電動(dòng)操舵線路的工作過程見圖。線路分析：最簡(jiǎn)單的電動(dòng)操舵線路的工作過程見圖。 自動(dòng)操舵工作原理自動(dòng)操舵工作原理三、自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律三、自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律 1.1

11、.自動(dòng)舵的基本類型：自動(dòng)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- -微分微分- -積分積分 2.2.三種自動(dòng)類型的作用和特點(diǎn)三種自動(dòng)類型的作用和特點(diǎn)自動(dòng)舵方框圖自動(dòng)舵方框圖 自動(dòng)操舵自動(dòng)操舵基本類型基本類型 定義：自動(dòng)舵的基本類型是指按操舵定義：自動(dòng)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(zhuǎn)規(guī)律）類的規(guī)律分類的（也就是舵的偏轉(zhuǎn)規(guī)律）類型，而不是舵機(jī)裝置的類型。型，而不是舵機(jī)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(shuō)明：不同基本類型

12、的自動(dòng)舵，對(duì)舵說(shuō)明：不同基本類型的自動(dòng)舵，對(duì)舵葉的調(diào)節(jié)規(guī)律是不同的。葉的調(diào)節(jié)規(guī)律是不同的。偏航與操舵偏航與操舵1 1、比例舵（、比例舵（P P舵）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(guān)系，即：的大小成比例關(guān)系，即： = - K= - K1 1其中：其中：K K1 1為比例系數(shù)，負(fù)號(hào)表示與偏航方向相反。為比例系數(shù)，負(fù)號(hào)表示與偏航方向相反。 特點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，航行保持精度較差，船舶營(yíng)特點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，航行保持精度較差，船舶營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性較差（會(huì)出現(xiàn)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性較差（會(huì)出現(xiàn)S S形航跡）。形航跡）。 比例舵的不足：偏航初期偏舵角較小，不能很比例舵的不

13、足：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，偏舵角不能及時(shí)減小，容易反向偏航。偏舵角不能及時(shí)減小，容易反向偏航。 比例比例- -微分舵操舵的規(guī)律是：偏舵角微分舵操舵的規(guī)律是：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(guān)系，即：微分關(guān)系，即： = - = -（K K1 1+K+K2 2d/dtd/dt）其中：其中：K K1 1為比例系數(shù)，為比例系數(shù)，K K2 2為微分系數(shù)。為微分系數(shù)。 說(shuō)明：偏航初期，偏航角變化率大，比例說(shuō)明：偏航初期，偏航角變化率大，比例 - - 微分舵微分舵能及時(shí)給出大偏舵，

14、有效地阻止船舶偏航（最大偏航角較能及時(shí)給出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角較?。?；回航時(shí)，偏航角變化率變?yōu)樨?fù)值，能適時(shí)給出反舵?。?；回航時(shí)，偏航角變化率變?yōu)樨?fù)值，能適時(shí)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。微分舵又叫糾偏舵、穩(wěn)舵角或反舵角。微分舵又叫糾偏舵、穩(wěn)舵角或反舵角。2 2、比例、比例- -微分舵微分舵（PDPD舵）舵）3 3、比例、比例- -積分積分- -微分舵微分舵（PIDPID舵）舵） 組成：是在比例組成：是在比例 - - 微分舵基礎(chǔ)上增加積分環(huán)節(jié)。積分微分舵基礎(chǔ)上增加積分環(huán)節(jié)。積分環(huán)節(jié)作用是環(huán)節(jié)作用是 克服不對(duì)稱偏航

15、?？朔粚?duì)稱偏航。K K3 3是積分系數(shù)。是積分系數(shù)。 不對(duì)稱偏航的產(chǎn)生：不對(duì)稱偏航是某舷（側(cè)）的偏航角不對(duì)稱偏航的產(chǎn)生：不對(duì)稱偏航是某舷（側(cè)）的偏航角持續(xù)時(shí)間比另一舷（側(cè)）偏航角持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。持續(xù)時(shí)間比另一舷（側(cè)）偏航角持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 原因：裝載不對(duì)稱，斜向風(fēng)的持續(xù)影響，斜向海潮的持原因：裝載不對(duì)稱，斜向風(fēng)的持續(xù)影響，斜向海潮的持續(xù)影響。續(xù)影響。 對(duì)于具有雙螺旋槳推進(jìn)的船舶，螺旋槳推進(jìn)對(duì)于具有雙螺旋槳推進(jìn)的船舶，螺旋槳推進(jìn)的不平衡也會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱偏航。的不平衡也會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱偏航。 積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對(duì)偏航持續(xù)時(shí)間進(jìn)行積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對(duì)偏航持續(xù)時(shí)間進(jìn)行累積，當(dāng)某舷（側(cè)）偏航

16、持續(xù)的時(shí)間比另一舷（側(cè)）持續(xù)時(shí)累積，當(dāng)某舷（側(cè)）偏航持續(xù)的時(shí)間比另一舷（側(cè)）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，通過環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個(gè)間長(zhǎng)時(shí)，通過環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個(gè)信號(hào)將通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使舵葉維持在一定的偏轉(zhuǎn)角度上，從而信號(hào)將通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使舵葉維持在一定的偏轉(zhuǎn)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。也叫壓舵，可提高保持正航向精確度。也叫壓舵，可提高保持正航向精確度。 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(zhǎng)。航程較長(zhǎng)。 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(shí)的反向偏航。但微分系數(shù)不能太大，否則容回航時(shí)的反向偏航。但微分系數(shù)不能太大，否則容易造成不穩(wěn)定。易造成不穩(wěn)定。 比例比例 - - 微分微分 - - 積分舵：能夠產(chǎn)生積分舵：能夠產(chǎn)生“自動(dòng)壓舵自動(dòng)壓舵”調(diào)節(jié)，克服不對(duì)稱偏航。