1、“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀控制電路研究TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098590 摘要I HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098591 AbstractII HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098592 第一章引言1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098593 1.1 研究的意義和目的1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098594 1.2 國(guó)外發(fā)展的現(xiàn)狀1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098

2、595 1.3 研究的容和方法2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098596 第二章舵機(jī)概述3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098597 2.1 舵機(jī)裝置3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098598 2.2 舵機(jī)裝置對(duì)電力拖動(dòng)的要求3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098599 2.3 自動(dòng)舵的分類(lèi)4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098600 2.4 舵機(jī)的操舵方式和基本原理6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4210

3、98601 2.5 向陽(yáng)-3自動(dòng)操舵儀綜述8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098602 第三章系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098603 3.1航向復(fù)示和電羅經(jīng)操舵9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098604 3.2 自動(dòng)操舵信號(hào)發(fā)送器10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098605 3.3 跟蹤操舵信號(hào)發(fā)送器和舵角反饋信號(hào)發(fā)送器12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098606 3.4 相敏整流電路13 HYPERLINK

4、 l _RefHeading_Toc421098607 3.5 “向陽(yáng)-3”中的運(yùn)算放大器16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098608 3.6 開(kāi)關(guān)放大器20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098609 3.7 極限報(bào)警電路22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098610 3.8 跟蹤操舵與跟蹤靈敏度調(diào)節(jié)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098611 3.9 應(yīng)急操舵系統(tǒng)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098612 3.10 低壓直流電

5、源24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098613 3.11 航向給定，航向改變和壓舵調(diào)節(jié)24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098614 3.12 “向陽(yáng)-3”型自動(dòng)操舵儀的通電與調(diào)試25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098615 總結(jié)27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098616 致28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098617 參考文獻(xiàn)29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc421098618 附錄30摘要船上的重

6、要設(shè)備包括自動(dòng)操舵裝置，這是船上不可缺少的一部分。它控制著船舶的航行方向，能夠自動(dòng)準(zhǔn)確地改變和保持船舶的航行方向。所以這種設(shè)備一旦發(fā)生故障或者損壞，會(huì)對(duì)船只和人員造成很大的損失和傷害，這是我們很難承受的。由于自動(dòng)舵機(jī)是集人機(jī)一體化的精密設(shè)備，其電路結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。因此，一旦設(shè)備發(fā)生故障，問(wèn)題就會(huì)變得復(fù)雜和不確定。我研究的是向陽(yáng)三號(hào)的自動(dòng)舵機(jī)，它采用運(yùn)算放大電路、開(kāi)關(guān)放大電路和相敏整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞:自動(dòng)舵機(jī)控制、報(bào)警、船舶偏航摘要自動(dòng)操舵裝置是船舶上的重要設(shè)備。它是船上不可缺少的一部分。這是為了控制船的行駛方向。它可以自動(dòng)、高精度、改變方向和保持船舶航行。因此，設(shè)備出

7、現(xiàn)故障或損壞。他將會(huì)遭受巨大的損失和傷害。我們很難承受。因?yàn)樽詣?dòng)駕駛是人與復(fù)雜設(shè)備的機(jī)電一體化。它們的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。當(dāng)它出現(xiàn)一些問(wèn)題時(shí)。這很麻煩?！跋蜿?yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀是我研究的。它是利用運(yùn)算放大器電路、開(kāi)關(guān)放大器和相敏整流電路進(jìn)行自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞:自動(dòng)操舵控制，極限報(bào)警，船舶偏航第一章導(dǎo)言1.1研究的意義和目的海地區(qū)的開(kāi)發(fā)船起著非常重要的作用。因此，對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)控制的研究逐漸成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，所以船上的設(shè)備也是一個(gè)重要的研究對(duì)象，所以操舵儀是一個(gè)重要的研究對(duì)象。它用于改變船舶航行的方向，保證船舶的操縱性，或者使船舶能夠按照預(yù)期的路線行駛。如果舵機(jī)損壞或失靈，在一定條件下，船會(huì)失事沉沒(méi)。舵

8、機(jī)不僅在一般船舶上起著決定性的作用，在軍艦上也起著至關(guān)重要的作用。軍艦上的舵機(jī)如果損壞，也會(huì)失去機(jī)動(dòng)性，只會(huì)導(dǎo)致被動(dòng)挨打。因此，舵機(jī)是船舶上最重要的機(jī)械設(shè)備之一，是不可替代的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)海域的探索越來(lái)越多，想更多地了解海域，所以造船業(yè)發(fā)展很快。所以船舶發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)激烈，對(duì)船舶的研究主要是提高兩點(diǎn):安全性和經(jīng)濟(jì)性。所以自動(dòng)駕駛儀的研發(fā)在這個(gè)過(guò)程中也占據(jù)了非常重要的位置，現(xiàn)在各國(guó)都在努力研發(fā)更好的舵機(jī)。1.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀德國(guó)Anschuetz公司研制成功第一臺(tái)實(shí)用自動(dòng)駕駛儀。之后產(chǎn)生了四代成品，分別是機(jī)械自動(dòng)駕駛儀，接著是機(jī)電自動(dòng)駕駛儀，然后是自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀，最后是智能自動(dòng)駕駛儀

9、。由此可以看出自動(dòng)駕駛儀對(duì)于船舶的重要性，這也導(dǎo)致了自動(dòng)駕駛儀越來(lái)越好的發(fā)展。建國(guó)以來(lái)，國(guó)家認(rèn)識(shí)到了海域的重要性，這也促進(jìn)了中國(guó)船舶的快速發(fā)展。自動(dòng)駕駛儀也引起了國(guó)家的關(guān)注。因此，一些國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和一些大學(xué)對(duì)自動(dòng)駕駛儀進(jìn)行了深入的研究，并取得了相應(yīng)的良好效果。然后，一些導(dǎo)航廠商和一些部門(mén)也進(jìn)入了一些實(shí)驗(yàn)。通過(guò)理論和實(shí)踐的結(jié)合，一些西方的產(chǎn)品也在中國(guó)生產(chǎn)出來(lái)了。其中，主要產(chǎn)品是仿真PID舵。雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)自適應(yīng)舵的研究效果并不明顯，但是我相信中國(guó)一定會(huì)克服這個(gè)問(wèn)題，取得好的成果。畢竟國(guó)內(nèi)的研究時(shí)間還很短。總有一天，我們國(guó)家會(huì)站在世界舵機(jī)頂尖隊(duì)伍的前列。相對(duì)于我國(guó)的發(fā)展，國(guó)外的發(fā)展還是領(lǐng)先于我國(guó)

10、的。目前，國(guó)外成熟的自動(dòng)駕駛儀產(chǎn)品種類(lèi)繁多，其控制方式多為成熟的自適應(yīng)控制，包括德國(guó)開(kāi)發(fā)的NAU自動(dòng)駕駛儀控制綜合系統(tǒng)、日本開(kāi)發(fā)的PR-8000系列自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀、美國(guó)開(kāi)發(fā)的VISIONTECHNOLOGY系統(tǒng)中的自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀。由于智能控制是近幾年發(fā)展起來(lái)的，其在自動(dòng)駕駛儀中的應(yīng)用還不是很成熟，但正在進(jìn)一步研究中，需要通過(guò)許多可行的方案和實(shí)驗(yàn)仿真來(lái)進(jìn)一步完善，最終應(yīng)用到實(shí)際的船舶航行中。1.3研究?jī)?nèi)容和方法我的選題是“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)操舵儀控制電路的研究。通過(guò)對(duì)“向陽(yáng)三號(hào)”電路圖的研究，我可以了解各個(gè)電路模塊的工作原理。有:航向重復(fù)和羅經(jīng)操舵、自動(dòng)操舵信號(hào)發(fā)射器、跟蹤操舵信號(hào)發(fā)射器和舵角反

11、饋信號(hào)發(fā)射器、相敏整流電路、運(yùn)算放大電路、開(kāi)關(guān)放大電路、偏航極限報(bào)警電路、跟蹤操舵和跟蹤靈敏度調(diào)節(jié)、應(yīng)急操舵系統(tǒng)、低壓DC電源和航向設(shè)定、航向改變和舵壓調(diào)節(jié)。通過(guò)以上，我們可以了解向陽(yáng)三號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)向的工作。我主要研究羅經(jīng)操舵、相敏整流電路、運(yùn)算放大電路、開(kāi)關(guān)放大電路、極限報(bào)警的工作原理。除此之外，其他一些電路和模塊也有研究，但不是很詳細(xì)，只涉及到。除了“向陽(yáng)3號(hào)”自動(dòng)舵機(jī)外，這里還涉及到其他一些自動(dòng)舵機(jī)。在研究的過(guò)程中，我需要逐一研究每個(gè)電路圖。應(yīng)該循序漸進(jìn)，不能一蹴而就。否則，就會(huì)出現(xiàn)混亂。我相信我會(huì)做好“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)舵機(jī)控制電路的研究工作。第二章舵機(jī)概述2.1轉(zhuǎn)向器裝置“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)舵機(jī)

12、屬于機(jī)電傳動(dòng)舵機(jī)。如果用拖動(dòng)的方式分離轉(zhuǎn)向器，有電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)向器和電液傳動(dòng)轉(zhuǎn)向器兩種。機(jī)電式轉(zhuǎn)向器裝置主要分為扇形齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)。蠕蟲(chóng)傳播應(yīng)用廣泛，尤其是在軍艦上。占地面積小，適用于船舶狹長(zhǎng)的船舶。蝸桿上只有正反螺紋，可使兩滑塊沿螺桿相對(duì)或反向運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)。舵桿扭矩大，工作可靠。缺點(diǎn)是舵桿尺寸大，傳動(dòng)效率低。為了提高舵機(jī)的活力，這個(gè)機(jī)構(gòu)可以連接兩個(gè)電機(jī)。由于差動(dòng)裝置的作用，任一電機(jī)可以單獨(dú)拖動(dòng)舵機(jī)，也可以兩個(gè)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)舵機(jī)。扇形齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最為廣泛，適用于船體較寬的船舶。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，但占地面積大。大多數(shù)民船選擇這種形式。為了防止波浪對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊，扇形齒輪套在舵桿上

13、，并通過(guò)緩沖彈簧與舵桿連接。蝸桿一般是自制動(dòng)的，這樣舵桿上的扭矩就不能反方向傳遞到電機(jī)軸上。此外，還有手動(dòng)方向盤(pán)等應(yīng)急裝置。當(dāng)電機(jī)不能工作時(shí)，直接帶動(dòng)扇形齒輪和舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉。舵桿上的機(jī)械制動(dòng)裝置用于在船舶停航時(shí)固定舵葉。它們還有一些共同的特點(diǎn)，比如都采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)高減速比將電機(jī)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)直接傳遞給舵桿的低速偏轉(zhuǎn)。通常，這種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是使用DC的G-M控制系統(tǒng)。一種電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向裝置包括雙向可變油泵。當(dāng)馬達(dá)以恒定速度工作時(shí)，供應(yīng)的高壓油以可逆的方向流動(dòng)。它與同一絞車(chē)的傳動(dòng)裝置非常相似。但絞車(chē)滾筒的油馬達(dá)可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而方向盤(pán)的液壓油缸設(shè)備只能左右移動(dòng)。舵柄鉸鏈的撞針兩端應(yīng)分別放入左、右高壓油缸

14、內(nèi)，油缸應(yīng)與油泵連接。當(dāng)兩個(gè)油泵分別注入高壓油和低壓油時(shí)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制可以改變高壓油泵的消耗和流向。電動(dòng)液壓舵機(jī)裝置常用于遠(yuǎn)洋船舶。2.2電力驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)向器裝置的要求1.工作可靠，生命力強(qiáng)，工作不間斷。(1)如果有兩個(gè)電源，可以從主配電板到舵機(jī)裝置設(shè)置兩條供電線路，也叫主配電板和應(yīng)急配電板供電。(2)能在幾個(gè)地方遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)向，并能迅速切換到緊急轉(zhuǎn)向。(3)宜設(shè)置兩套舵電機(jī)和控制設(shè)備，一套備用。如果只有一套，要有足夠的備件及時(shí)更換損壞的零件。2.能經(jīng)?？煽康毓ぷ?。船舶在穩(wěn)定直線航行(定向航行)時(shí)，舵葉往往偏轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，約4 6。確保船的航向。此時(shí)舵機(jī)工作非常頻繁，每小時(shí)有400-600次的開(kāi)啟次數(shù)

15、。江船(如長(zhǎng)江上游)可連1200次，偏航角也較大，約10-20。因此，整套設(shè)備應(yīng)能在高工作頻率下可靠工作，即滿足反復(fù)短期工作制度的要求。3.具有足夠的過(guò)載能力和機(jī)械特性。船舶在復(fù)雜機(jī)動(dòng)航行時(shí)，舵角較大，導(dǎo)致舵力矩變化，甚至電機(jī)堵轉(zhuǎn)。因此，要求系統(tǒng)有足夠的過(guò)載能力和良好的機(jī)械特性，電機(jī)能滿足一分鐘鎖死和切割鎖死的扭矩限制在一定范圍內(nèi)的技術(shù)要求。鎖定消除后，電機(jī)應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)到其原始機(jī)械特性。4.它能保證給定的轉(zhuǎn)向時(shí)間。當(dāng)船舶以最大速度前進(jìn)時(shí)，舵葉從左側(cè)(或相反)完全轉(zhuǎn)向所需時(shí)間不應(yīng)超過(guò)28秒；船舶機(jī)動(dòng)性越高，操舵時(shí)間越短。比如長(zhǎng)江上游的航道，要求轉(zhuǎn)舵時(shí)間在12-18秒。5.它可以前后旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)速度

16、。除液壓舵機(jī)變量泵馬達(dá)外，要求能調(diào)節(jié)方向和速度。小角度偏轉(zhuǎn)時(shí)使用低速，轉(zhuǎn)向時(shí)使用高速。6.能保證舵葉準(zhǔn)確地停在規(guī)定的位置，因此所有的電機(jī)舵機(jī)都應(yīng)裝有限位開(kāi)關(guān)，能自動(dòng)限制最大偏轉(zhuǎn)舵角(電液舵機(jī)除外)。7.當(dāng)船舶以最大航速(一般為最大航速的一半)后退時(shí)，舵機(jī)應(yīng)能從一弦滿舵轉(zhuǎn)向另一弦滿舵，轉(zhuǎn)向時(shí)間沒(méi)有限制。8.舵機(jī)裝置的電氣保護(hù)應(yīng)基于保證舵機(jī)連續(xù)工作而不影響船舶正常航行和防止舵機(jī)損壞的綜合要求:1.沒(méi)有欠壓保護(hù)，使舵機(jī)在電網(wǎng)電壓下降時(shí)仍能繼續(xù)工作。2.沒(méi)有過(guò)載保護(hù)，但可以設(shè)置過(guò)載聲光報(bào)警裝置。這樣，當(dāng)負(fù)載過(guò)大時(shí)，對(duì)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的供電不會(huì)中斷，從而保證航行安全，報(bào)警信號(hào)將起到通知值班人員采取必要措

17、施的作用。如果液壓舵機(jī)的電傳動(dòng)中有過(guò)電流保護(hù)裝置，則將該裝置的動(dòng)作整定值調(diào)整為不小于額定電流的200%，并允許電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。3.允許短路保護(hù)，以防止伺服進(jìn)給器和電機(jī)損壞。2.3自動(dòng)駕駛儀的分類(lèi)1.機(jī)械自動(dòng)操舵裝置機(jī)械自動(dòng)駕駛儀他的偏航信號(hào)經(jīng)過(guò)機(jī)械系統(tǒng)處理，完成轉(zhuǎn)向。但它有很多缺點(diǎn)，如反應(yīng)慢，質(zhì)量差，所以很少使用，只在個(gè)別艦艇上使用過(guò)。這種機(jī)械自動(dòng)駕駛儀只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的比例控制。為了避免振動(dòng)，需要選擇低增益，只能用在航向要求不準(zhǔn)確的船舶上。2.機(jī)電自動(dòng)操舵裝置機(jī)電式自動(dòng)駕駛儀自動(dòng)駕駛儀采用PID控制器，是比例積分微分控制器的縮寫(xiě)。電子電路對(duì)其偏航信號(hào)進(jìn)行處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。舵機(jī)的控制信號(hào)

18、可分為三種類(lèi)型:偏航角信號(hào)可以與偏航角成正比，可以使船首回到原來(lái)的航向。如果是重型船型，盡量取較小的比例。與偏航角對(duì)時(shí)間的積分成比例的信號(hào)，以消除不對(duì)稱偏航，簡(jiǎn)稱壓舵。根據(jù)風(fēng)浪的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。(3)如果偏航角是由慣性(也稱為反舵角)引起的，則與偏航角對(duì)時(shí)間成比例的信號(hào)可以起作用。對(duì)重載船有明顯的差速作用，轉(zhuǎn)向也很快。PID控制器的研發(fā)成功大大提高了操舵性能，PID控制器的出現(xiàn)滿足了許多船舶的要求。目前，大多數(shù)船舶都采用PID控制器作為自動(dòng)舵，但它有兩個(gè)缺點(diǎn):當(dāng)船舶自身狀態(tài)發(fā)生變化或外界諸多因素發(fā)生變化時(shí)，船舶的操縱性能也發(fā)生變化，但自動(dòng)駕駛儀的操縱特性并沒(méi)有同時(shí)做出相應(yīng)的變化。為了保持自動(dòng)

19、駕駛儀的良好性能，是為了檢驗(yàn)駕駛員的判斷是否正確，所以自動(dòng)駕駛儀的很多控制參數(shù)都需要人為精確調(diào)整。難以達(dá)到最佳狀態(tài)，操作不便。為了讓船始終正確航行，他對(duì)偏航信號(hào)非常敏感，以至于操舵頻率快，振幅擺動(dòng)大，導(dǎo)致船舵磨損，能量消耗過(guò)大，水的阻力也增大，導(dǎo)致航行速度慢，經(jīng)濟(jì)效益低。3.自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)自動(dòng)駕駛儀的不斷研究，自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀應(yīng)運(yùn)而生。它以機(jī)電式自動(dòng)駕駛儀為基礎(chǔ)，嵌入了自適應(yīng)轉(zhuǎn)向程序模塊。自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀可以在船舶自身?xiàng)l件或外界因素發(fā)生變化時(shí)改變船舶的操縱性能，其控制參數(shù)可以隨著檢測(cè)到的變化，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)自動(dòng)調(diào)整，使自動(dòng)駕駛儀始終處于最佳狀態(tài)。因此，自適應(yīng)舵機(jī)

20、比機(jī)電式自動(dòng)舵機(jī)更加完善，既能減少人力，提高安全性，又能節(jié)約能源，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益也能相應(yīng)提高。自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀也有優(yōu)缺點(diǎn)，自適應(yīng)方法還處于發(fā)展階段。使用自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀時(shí)，雖然可以自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，但性能大大提高。但是現(xiàn)在物理實(shí)現(xiàn)的成本對(duì)我和我們來(lái)說(shuō)還是很高的。但它也有一些缺點(diǎn):它也有非線性環(huán)節(jié)，如死、舵機(jī)轉(zhuǎn)速等。，不穩(wěn)定性容易受到影響，速度、載重和吃水也會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性。但在設(shè)計(jì)和建模時(shí)會(huì)存在很大的不確定性，控制效果難以保證。在最壞的情況下，它會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.智能舵機(jī)為了生產(chǎn)出更好的自動(dòng)駕駛儀，研究人員在“人工智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”的研究上下了很大功夫。到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了三種智能控制方法:

21、(1)專家智能系統(tǒng)；(2)模擬邏輯控制器；(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。2.4轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向方式和基本原理舵機(jī)有三種轉(zhuǎn)向方式:單轉(zhuǎn)向、隨動(dòng)轉(zhuǎn)向和自動(dòng)轉(zhuǎn)向。目前，大多數(shù)船舶采用自動(dòng)操舵。單轉(zhuǎn)向:單轉(zhuǎn)向是通過(guò)按鈕或手柄進(jìn)行緊急轉(zhuǎn)向。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向方式是手動(dòng)轉(zhuǎn)彎，手動(dòng)停車(chē)；向左按方向舵，向右按方向舵；向右壓方向舵，向左壓方向舵。圖1單轉(zhuǎn)向框圖隨動(dòng)操舵:隨動(dòng)操舵的方法是船舶向左偏航，操作右舵。方向盤(pán)操縱右舵多少度，舵葉就向右偏轉(zhuǎn)多少度就停下來(lái)。為了減小S形軌跡的幅度，船舶在返回正確航向的過(guò)程中必須向后操縱方向舵。圖2伺服轉(zhuǎn)向框圖自動(dòng)駕駛:自動(dòng)駕駛有五個(gè)階段。第一階段，當(dāng)船舶在給定航向航行時(shí)，電羅經(jīng)與船舶之間沒(méi)有

22、相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即電羅經(jīng)驅(qū)動(dòng)的滾動(dòng)觸點(diǎn)A始終在絕緣塊B上，電機(jī)D不動(dòng)，舵葉在船表面。第二階段，假設(shè)船舶因外界干擾而向右偏離給定航向，陀螺羅盤(pán)與船舶發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)滾動(dòng)觸點(diǎn)A向左轉(zhuǎn)動(dòng)，接觸左半環(huán)C1，開(kāi)啟電機(jī)，帶動(dòng)舵葉向左偏轉(zhuǎn)；滑環(huán)由延遲反饋機(jī)構(gòu)E驅(qū)動(dòng)，開(kāi)始在滾動(dòng)接觸的方向上旋轉(zhuǎn)。第三階段，船舶橫擺角達(dá)到一個(gè)基本角度后，在該橫擺角的作用下停止橫擺，該橫擺角為最大橫擺角。指南針驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)觸點(diǎn)達(dá)到最大值并停止。電機(jī)帶動(dòng)圓環(huán)趕上滾動(dòng)接觸，使其在絕緣塊上，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉偏轉(zhuǎn)角度最大。第四階段，在左舵的作用下，船舶在給定航向上要轉(zhuǎn)向的滾動(dòng)接觸離開(kāi)絕緣塊向右轉(zhuǎn)向，與右環(huán)C2接觸。電機(jī)反轉(zhuǎn)，滾動(dòng)接觸在船的航向上

23、轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)隨著滾動(dòng)接觸轉(zhuǎn)動(dòng)。第五階段，當(dāng)船回到給定航向時(shí)，圓環(huán)又趕上滾動(dòng)觸點(diǎn)，使觸點(diǎn)重新位于絕緣塊上，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉也回到脆的船線。以上是隨動(dòng)操舵的主要內(nèi)容，也是現(xiàn)在船舶的主要操舵方式。圖3自動(dòng)轉(zhuǎn)向框圖2.5向陽(yáng)三號(hào)自動(dòng)駕駛儀概述“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀與“航海一號(hào)”陀螺羅盤(pán)配套，具有自動(dòng)、跟蹤、應(yīng)急三種轉(zhuǎn)向模式。自動(dòng)操舵儀屬于“比例-微分”調(diào)節(jié)的操舵系統(tǒng)，它能準(zhǔn)確地使船舶自動(dòng)轉(zhuǎn)向給定的航向。這種自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸出是兩個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)值，根據(jù)開(kāi)關(guān)控制液壓舵機(jī)伺服油泵的兩個(gè)電磁閥動(dòng)作，伺服油泵的柱塞拉動(dòng)變量泵的滑環(huán)向液壓轉(zhuǎn)向油泵供油，使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。當(dāng)偏航角達(dá)到要求時(shí)，一方面變量泵的滑環(huán)通過(guò)機(jī)械

24、反饋機(jī)構(gòu)恢復(fù)到中心位置，舵葉停止；另一方面，通過(guò)舵角反饋機(jī)制，使時(shí)間控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)放大器輸出為零，繼電器線圈斷電。向陽(yáng)三號(hào)自動(dòng)駕駛儀的自動(dòng)轉(zhuǎn)向靈敏度為0.2，在0.2 2.5范圍內(nèi)允許連續(xù)調(diào)節(jié)。在光波的情況下，自動(dòng)轉(zhuǎn)向的平均偏航角不超過(guò)0.4；使用自動(dòng)操舵時(shí)，如果船舶的偏航角大于6，系統(tǒng)可以自動(dòng)報(bào)警。跟蹤轉(zhuǎn)向靈敏度為1，允許在1 2.5圈內(nèi)連續(xù)調(diào)整；跟蹤轉(zhuǎn)向的精度，即橫擺角跟隨指令角的誤差不大于1。第3章:系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)3.1航向重復(fù)和陀螺羅盤(pán)轉(zhuǎn)向陀螺羅盤(pán)概述電羅經(jīng)，是航向檢測(cè)的原始，也可以叫陀螺羅經(jīng)。它由主羅經(jīng)、分羅經(jīng)電源轉(zhuǎn)換器等結(jié)構(gòu)組成。不受磁場(chǎng)影響，定向準(zhǔn)確，應(yīng)用廣泛。3.1.2陀螺

25、羅經(jīng)的工作原理陀螺羅盤(pán)利用陀螺儀的定軸和進(jìn)動(dòng)，結(jié)合地球自轉(zhuǎn)和重力矢量。真北基準(zhǔn)儀由控制設(shè)備和阻尼設(shè)備組成。陀螺不轉(zhuǎn)的時(shí)候可以隨意換軸。在沒(méi)有外界干擾的情況下，告訴它旋轉(zhuǎn)不會(huì)改變軸的方向，空間指向也不會(huì)有誤差。這叫做陀螺的定軸特性。當(dāng)有外力干擾旋轉(zhuǎn)的陀螺時(shí)，那么軸的方向就按照一定的規(guī)律不斷變化，這就叫做陀螺的進(jìn)動(dòng)。當(dāng)船舶受到一些因素的干擾，偏離預(yù)定軌道時(shí)，電羅經(jīng)上的伺服電機(jī)會(huì)隨著同步發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)同步傳動(dòng)系統(tǒng)，夜間舵機(jī)上的羅經(jīng)接收機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)設(shè)備在電羅經(jīng)的表盤(pán)上顯示實(shí)際航向。電羅經(jīng)能自動(dòng)持續(xù)地為船舶的航行方向提供正確的信號(hào)，被稱為船舶的眼睛。圖1向陽(yáng)三號(hào)自動(dòng)駕駛儀框圖3.2自動(dòng)轉(zhuǎn)向

26、信號(hào)發(fā)射器自動(dòng)信號(hào)發(fā)生器是圖1中的偏航信號(hào)發(fā)射器，自動(dòng)駕駛儀是一個(gè)帶自動(dòng)航向調(diào)整的I系統(tǒng)。唯一的變量是船的方向，它是通過(guò)船的實(shí)際航向與給定航向k之間的偏差起作用的，因此，需要給定航向與實(shí)際航向之間的比較環(huán)節(jié)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這個(gè)比較環(huán)節(jié)就是偏航信號(hào)發(fā)射器，將偏航角轉(zhuǎn)化為幅度與其成正比的正弦電壓信號(hào)。偏航信號(hào)發(fā)射機(jī)的原理電路如圖2所示。圖2偏航信號(hào)發(fā)射器原理電路自整角機(jī)ZF1的勵(lì)磁繞組R1-R2接單相交流電源，ZF2的勵(lì)磁繞組R1-R2不接電源，用于信號(hào)輸出。ZF1的轉(zhuǎn)子與羅盤(pán)機(jī)械連接，配有60(航向)度盤(pán)h，ZF2的轉(zhuǎn)子通常用機(jī)械遮擋。但可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)“航向給定”按鈕來(lái)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸指針還配有60(航向

27、)度盤(pán)d。由于ZF2和ZF1的轉(zhuǎn)子位置已經(jīng)相差90，當(dāng)實(shí)際航向與給定航向K一致，即偏航角為零時(shí)，輸出信號(hào)電壓Uzf為零。如果不等于K，根據(jù)自行機(jī)的原理，有Uzf=Umsin，= -K如果偏航角在/6(30)，則輸出信號(hào)電壓的幅值與偏航角成正比，所以Uzf()=Um，輸出信號(hào)的相位取決于偏航方向，兩個(gè)自動(dòng)機(jī)連接的整步繞組在空間位置相同時(shí)的最大輸出電壓，即Um為= 90。Uzf的數(shù)量和相位之間的關(guān)系如圖3所示。因此，一方面，偏航信號(hào)發(fā)送器起到比較給定航向K和實(shí)際航向的作用，即給定航向信號(hào)通過(guò)“航向給定”按鈕以一定角度輸入到ZF2的轉(zhuǎn)子，船舶的實(shí)際航向由電羅經(jīng)檢測(cè)并通過(guò)羅經(jīng)以一定角度輸入到ZF1的轉(zhuǎn)

28、子，船舶的偏離角度由兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)角反映；另一方面也起到信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用，即將偏航角轉(zhuǎn)換成幅值與其成正比的正弦電壓信號(hào)，送入第一級(jí)相敏電路整流。圖3 UZF的大小和相位與偏航角的大小和方向的關(guān)系3.3跟蹤轉(zhuǎn)向信號(hào)發(fā)射器和舵角反饋信號(hào)發(fā)射器它們都是利用自整角機(jī)變壓器將指令舵角或舵葉偏角轉(zhuǎn)換成幅值與其成正比的正弦電壓信號(hào)。為了分析方便，在定子上布置了星形連接的兩相全階梯繞組(S1-S2-S3)，在轉(zhuǎn)子上布置了連接單相交流電的勵(lì)磁繞組(R1-R2)。如果勵(lì)磁繞組的軸線與全階繞組S1-S2的軸線重合，S1-S2之間的輸出信號(hào)電壓將為零，如圖4 (a)所示。由于這種情況，Us2=Us3，并且在星形連

29、接環(huán)路中方向相反，輸出信號(hào)U2 3將為零。在此基礎(chǔ)上，如果轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角，磁通方向也從4 (a)的水平位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角，如圖4 (c)所示。與的夾角為(60+)，所以Us2= Umcos(60 +)Us3=Umcos(60 +)U2 3=Us2-Us3=3Umsin用/6 (30)為u23 3um sin 可以看出，利用自整角機(jī)變壓器可以將指令舵角或舵葉偏轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成幅值與其成正比的正弦信號(hào)電壓，其相位取決于方向盤(pán)或舵葉偏轉(zhuǎn)角方向。自整角機(jī)是一種利用自同步特性將角度轉(zhuǎn)換成交流電壓或從角度轉(zhuǎn)換成角度的感應(yīng)微型電機(jī)。它在伺服系統(tǒng)中用作測(cè)量角度的位移傳感器。自整角機(jī)還可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)角度信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸

30、、轉(zhuǎn)換、接收和指示。兩個(gè)或兩個(gè)以上電機(jī)通過(guò)電路連接，使兩個(gè)或兩個(gè)以上非機(jī)械連接的轉(zhuǎn)軸自動(dòng)保持相同的角度變化或同步旋轉(zhuǎn)3。電機(jī)的這種性能稱為自步進(jìn)特性。自整角機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、導(dǎo)航等位置方位同步指示系統(tǒng)，火炮、雷達(dá)等伺服系統(tǒng)。圖4跟蹤轉(zhuǎn)向信號(hào)發(fā)射器3.4相敏整流電路3.4.1向陽(yáng)三號(hào)相敏整流“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)舵有兩套相敏整流電路，一套提供偏航輸出信號(hào)(由船舶偏航角或指令舵角換算的交流信號(hào)電壓Uzf或Ugf)進(jìn)行相敏整流，另一套提供舵角反饋信號(hào)(由舵角換算的交流信號(hào)電壓Ufq)進(jìn)行相敏整流。兩套電路的工作原理完全相同。3.4.2相敏整流的工作原理現(xiàn)在以偏航輸出信號(hào)的相敏整流電路為例說(shuō)明其工作原理。它

31、的電路圖如圖5(a)所示，實(shí)際上是一個(gè)二極管環(huán)形穩(wěn)壓器。調(diào)節(jié)電壓Ut由變壓器1B提供。在自動(dòng)轉(zhuǎn)向中，輸入信號(hào)Usb是由偏航信號(hào)發(fā)送器ZF2的定子繞組R1-R2發(fā)送的交流信號(hào)電壓Uzf，而在跟蹤轉(zhuǎn)向中，即由跟蹤信號(hào)發(fā)送器gf的轉(zhuǎn)子繞組S2- S3發(fā)送的交流信號(hào)電壓Ugf。在電阻R3，4，5，6阻值相同(用R表示)，二極管D3，4，5，6特性相同，R1 1=R1 2(用R表示)，1B二次繞組的六個(gè)點(diǎn)為精確中心抽頭，即上下電壓在六個(gè)點(diǎn)的有效值相等的情況下，相敏整流電路的輸出與輸入的關(guān)系如下1.當(dāng)輸入交流信號(hào)Us為零時(shí)，輸出DC電壓也為零；2.當(dāng)有某相交流信號(hào)us時(shí)。輸入，輸出DC電壓有相應(yīng)的極性，輸

32、出大小隨輸入大小而變化；3.當(dāng)輸入交流信號(hào)電壓的相位改變180時(shí)，輸出DC電壓的極性也會(huì)改變。圖5相敏整流電路如果偏航信號(hào)發(fā)射器的輸出信號(hào)作為相敏整流電路的輸入信號(hào)，則相敏電路輸出DC電壓的大小與偏航角成正比，相敏電路輸出DC電壓的極性取決于偏航方向。跟蹤轉(zhuǎn)向和舵角的反饋完全相同，即Usc的大小與指令舵角或舵葉偏角成正比。下面分析相敏整流電路的輸出和輸入之間的關(guān)系。如圖5 (a)所示，相敏電路工作在正半周，考慮UzfUt，所以二極管D4、D5導(dǎo)通，D3、D6關(guān)斷，支路電流如圖5 (a)箭頭所示。半周等效電路圖如圖5(b)所示，I、II、III電路和節(jié)點(diǎn)8可列舉如下:相敏電路工作如下式所示。D3

33、 DE截止，每個(gè)分支的電流ut+us r- if (R12+Rf)-i1R4=0Ut-i2R5+i3R11-Us r=0if(R12+Rf)i3r 11 = 0i1=if+i3+i2設(shè)R3，4，5，6相等，R代表R1 1=R1 2，R代表它。通過(guò)求解該方程，DC輸出電壓Us c可由下式獲得Us c=ifRf=Usr在負(fù)半周運(yùn)行中，只要將Ut、Us r的極性反過(guò)來(lái)，D3、D6導(dǎo)通，D4、D5關(guān)斷，也可以得到上述公式結(jié)果。上式中，Us r為DC輸出脈動(dòng)電壓的瞬時(shí)值，相當(dāng)于全波整流，如圖6所示。如果過(guò)Us r用有效值us r和平均值Us c表示，全波整流系數(shù)為0.9，則有us =美國(guó)從上面兩個(gè)公式可

34、以看出，相敏電路的輸出電壓與電壓調(diào)節(jié)器ut無(wú)關(guān)，解調(diào)后的電壓只起開(kāi)通或關(guān)斷二極管的作用，從而實(shí)現(xiàn)相敏整流。在電路參數(shù)確定的情況下，輸出電壓與輸入電壓成正比，輸入電壓的相位可以決定輸出電壓的極性，即船舶偏離正確航向的方向。如果船舶向左偏離正航向，偏航信號(hào)發(fā)射機(jī)的輸出電壓(即相敏整流電路的輸入電壓)Us r與調(diào)制解調(diào)器電壓ut同相，相敏整流電路輸出的DC電壓Us c為正，其波形如圖6 (b)所示，那么當(dāng)船舶向右偏航時(shí)，Us r與ut為180反方向，Us r的正方向如圖6(b)括號(hào)(10)和(1)所示。圖6相敏整流的輸入和輸出波形3.5襄陽(yáng)-3運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器概述運(yùn)算放大器(又稱“運(yùn)算放大器”)

35、是一種大型電路單元?，F(xiàn)實(shí)中，有些功能通常是和反饋網(wǎng)絡(luò)一起實(shí)現(xiàn)的。它之所以被稱為“運(yùn)算放大器”，是因?yàn)樗茉缇捅挥糜谀M計(jì)算機(jī)中完成數(shù)學(xué)運(yùn)算。運(yùn)算放大器是從功能角度命名的電路單元，可以用分立器件實(shí)現(xiàn)，也可以用在半導(dǎo)體芯片中。隨著科技的飛速發(fā)展，很多都是以單個(gè)芯片的形式存在。運(yùn)算放大器有很多種，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。示意圖如下:如圖所示，運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端A(反相輸入端)、B(同相輸入端)和一個(gè)輸出端o，也分別稱為反相輸入端、同相輸入端和輸出端。當(dāng)電壓u加在A端和公共端(公共端是電壓為零的點(diǎn)，類(lèi)似于電路中的參考節(jié)點(diǎn)。)，且其實(shí)際方向高于公共端從A端，輸出電壓U的實(shí)際方向是從公共端指向O端，也就是

36、兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U施加在B端和公共端之間時(shí)，U和U+的實(shí)際方向相對(duì)于公共端完全相同。為便于區(qū)分，A端和B端分別標(biāo)有“一”和“+”，但不要誤認(rèn)為是電壓參考方向的正負(fù)極性4。電壓的正負(fù)極性應(yīng)分開(kāi)標(biāo)記或用箭頭指示。反相放大器和同相放大器如下:一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)算放大器可以簡(jiǎn)單地看作是一個(gè)高增益的直耦電壓放大單元，有一個(gè)信號(hào)輸出端口(Out)和兩個(gè)同相、反相的高阻輸入端，所以可以用運(yùn)算放大器來(lái)制作同相、反相和差分放大器。運(yùn)算放大器可分為雙電源和單電源兩種模式。對(duì)于雙電源，其輸出允許在零電壓兩側(cè)變化，當(dāng)差分輸入電壓等于零時(shí)，其輸出也可以為零。使用單電源時(shí)，電源和地之間的輸出會(huì)有所不同。通常，要求

37、運(yùn)算放大器的輸入電位高于負(fù)電源的某個(gè)值并且低于正電源的某個(gè)值。特別設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)范圍內(nèi)變化，甚至可以識(shí)別略高于正電源或略低于負(fù)電源。這種運(yùn)算放大器稱為軌到軌輸入運(yùn)算放大器6。運(yùn)算放大器的類(lèi)型如果集成運(yùn)算放大器按參數(shù)劃分，有七種類(lèi)型的運(yùn)算放大器:通用運(yùn)算放大器通用運(yùn)算放大器，顧名思義，是為了滿足許多集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)而設(shè)計(jì)的。因此也導(dǎo)致其用途廣泛，銷(xiāo)量大。可以說(shuō)是物美價(jià)廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。高阻運(yùn)算放大器這種集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗相當(dāng)高，輸入偏置電流非常小。一般RID 1g-1t，IB是幾皮安到幾十皮安。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高輸入阻抗特性有助于實(shí)現(xiàn)這

38、些目標(biāo)。FET用于構(gòu)成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用場(chǎng)效應(yīng)管作為輸入級(jí)有許多優(yōu)點(diǎn):低輸入電流、高阻抗、高速和低噪聲等。缺點(diǎn)是輸入失調(diào)電壓非常大。低溫浮動(dòng)運(yùn)算放大器一直希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓小，不能隨溫度變化。低溫漂放大器的目的是運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓會(huì)很小，不會(huì)隨著溫度的變化而變化。高速運(yùn)算放大器現(xiàn)在有很多集成運(yùn)算放大器要求轉(zhuǎn)換速率SR要高到一定程度，單位增益帶寬BWG必須足夠大，比如通用集成運(yùn)算放大器，這些都達(dá)不到要求。高速運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的，以滿足高轉(zhuǎn)換速率和寬頻率響應(yīng)的要求。常見(jiàn)的運(yùn)算放大器有LM318、A715等。，SR=50-70V/us，BWG20MHz。低功率運(yùn)算放大器由于電

39、路集成的最大優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化復(fù)雜的電路，所以低電源、低功耗的運(yùn)算放大器必須和廣泛的便攜式儀器一起使用。因此，低功耗運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。常用的運(yùn)算放大器有很多，比如TL-022C，TL-060C等。工作在2v到8v，消耗50 250a電流。高功率運(yùn)算放大器由于電源的電壓對(duì)運(yùn)放的輸出電壓影響很大，而且電源的電壓一般沒(méi)有輸入電壓大，所以運(yùn)放的最大輸出電壓只有幾十伏，輸出電流也只有幾十毫伏，不能滿足大功率的要求。如果要滿足要求，就要在外面加一個(gè)輔助電路，而高壓大功率運(yùn)算放大器是不必要的，這樣就能滿足輸出電壓和電流的要求。可編程序運(yùn)算放大器在儀器儀表的測(cè)量中，總會(huì)有達(dá)到量程的問(wèn)題。為了得到一個(gè)固定

40、值的輸出電壓，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)不得不再次放大，相當(dāng)于把原來(lái)的10倍放大變成了100倍?？删幊炭刂撇僮骶褪菫榱藵M足這一要求。3.5.3“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀中的運(yùn)算放大器電路在“向陽(yáng)三號(hào)”操舵儀中，采用固體元件5G23運(yùn)算放大器構(gòu)成運(yùn)算電路，對(duì)偏航信號(hào)進(jìn)行“比例-微分”運(yùn)算，將偏航角與舵角進(jìn)行比較，從而提高船舶自動(dòng)保持航向的精度和穩(wěn)定性。圖7示出了運(yùn)算放大器電路的原理、它與輸入和輸出的連接以及它的主要調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。圖中，U1 = n ，是通過(guò)發(fā)射機(jī)的相敏電路傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器反相輸入端的船舶偏航信號(hào)的DC信號(hào)電壓:U2= m是偏航信號(hào)通過(guò)舵角反饋相敏電路傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器反相輸入端的DC信號(hào)電壓。m

41、，n為信號(hào)變送器和相敏電路兩極的角度/電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)；Usc是“運(yùn)算放大器”的輸出信號(hào)電壓，送到開(kāi)關(guān)放大電路的輸入端。對(duì)于圖7，根據(jù)運(yùn)算放大器反相輸入端A點(diǎn)為“虛地”的基本知識(shí)，暫且不考慮“比例調(diào)節(jié)”，U2= U2，可以列出以下等式。I1=I2=I f=I c=CCIf=Ic+I1+I2通常R2 4+R2 2，用R表示，運(yùn)算電路的輸出和輸入之間的關(guān)系可以通過(guò)求解這個(gè)方程組得到。Usc=(U1+U2+RC)如果假設(shè)偏航信號(hào)電壓U1為正，因?yàn)槎娼欠答亴儆谪?fù)反饋，舵角反饋信號(hào)電壓U2為負(fù)。當(dāng)船偏離正航向時(shí)，不斷增大，U1也不斷增大，在返航時(shí)為正，為負(fù)。當(dāng)自動(dòng)駕駛儀處于平衡狀態(tài)時(shí)，即舵角反饋信號(hào)抵消偏航

42、信號(hào)時(shí)，運(yùn)算放大器電路的輸出信號(hào)為零。也就是Usc=(U1+U2+RC)=0U1=n，U2=m，=K帶入上式=K1(+RC)這個(gè)公式表明，橫擺角不僅與橫擺角W成正比，而且與橫擺速度成正比，所以這個(gè)系統(tǒng)屬于“比例-微分”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。括號(hào)前的減號(hào)表示偏航方向是為了消除偏航，即當(dāng)船舶因故向右(或左)急轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)自動(dòng)給左(或右)舵，使船舶回到原來(lái)的舵向。圖7運(yùn)算放大器電路及其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)將圍繞運(yùn)算放大器電路解釋幾個(gè)調(diào)節(jié)裝置的原理:(1)差動(dòng)調(diào)節(jié):差動(dòng)調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變圖7中的電容C來(lái)實(shí)現(xiàn)。差動(dòng)調(diào)整可分為五個(gè)等級(jí)。第一級(jí)沒(méi)有電容，即沒(méi)有微分作用，第五級(jí)電容最大，微分作用最強(qiáng)。(2)靈敏度調(diào)節(jié):連接在運(yùn)算放大器輸

43、出端和反相輸入端的雙變阻器Rwo和Rw1可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向靈敏度調(diào)節(jié)。調(diào)整規(guī)則是，滑臂越向左端移動(dòng)，靈敏度越高，自動(dòng)駕駛儀的偏航角越小，修正偏航所需的偏航角越小。這是因?yàn)榛瑒?dòng)點(diǎn)越向左端移動(dòng)，Rwo和Rw1的電阻值越小，對(duì)信號(hào)的衰減作用也就越小。自動(dòng)靈敏度調(diào)節(jié)也可以分為五檔。第一檔串聯(lián)電阻最低，所以靈敏度最高。五檔最低。(3)舵角反饋調(diào)節(jié):這里的反饋調(diào)節(jié)是比例調(diào)節(jié)。它可以通過(guò)連接到運(yùn)算放大器反相輸入端的接地電阻Rwb實(shí)現(xiàn)舵角的比例調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)規(guī)律是滑臂向左移動(dòng)(地電位)，比例系數(shù)K1較大。這是因?yàn)楫?dāng)Rw1靜止時(shí)，滑動(dòng)臂離地電位越近，進(jìn)入放大器以抵消偏航信號(hào)的方向舵信號(hào)就越小。因此，只有當(dāng)偏航角較大時(shí)

44、，才能抵消一個(gè)的偏航角。比例調(diào)節(jié)也分五檔，并且由于R48R49R50R51R52，舵角比例系數(shù)K1。從一檔到五檔逐步增加。3.6開(kāi)關(guān)放大器“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀的開(kāi)關(guān)放大器可以控制主電路及其觸發(fā)電路和放大電路，其原理電路圖如圖8所示。圖中SCR1和SCR2作為開(kāi)關(guān)分別控制左右舵繼電器線圈1J和2J的通斷，其常開(kāi)觸點(diǎn)控制私油泵電磁閥線圈1DF和2DF的通斷。只要觸發(fā)SCR1或SCR2導(dǎo)通，繼電器1J或2J的線圈就會(huì)通電，從而獲得左舵或右舵。為了使晶閘管在轉(zhuǎn)向信號(hào)消除后自動(dòng)關(guān)斷，采用了平均值為27V的全波脈動(dòng)DC電源，并采用與繼電器線圈并聯(lián)的二極管D21和D22跟隨電流。放大器晶體管TD1、TD2

45、和其他元件。R55、R56、R57和R58構(gòu)成該級(jí)的電流負(fù)反饋偏置電路，由+6V電源供電。在靜態(tài)時(shí)，即前一級(jí)“運(yùn)算放大器”沒(méi)有輸出時(shí)，調(diào)節(jié)Rs的阻值，使TD1和TD2處于放大狀態(tài)，流經(jīng)R60和R62的靜態(tài)電流下降約6。其Ico為6V，所以D17和D11 TD3、TD4由于發(fā)射極結(jié)的作用，反向電壓約為0.6V，都處于關(guān)斷狀態(tài)，它們的集電極都處于高電位，所以晶體管T13和T24都處于關(guān)斷狀態(tài)，SCR1和SCR2不導(dǎo)通，繼電器1J。2J不工作，舵葉不偏轉(zhuǎn)。觸發(fā)電路由TD3，T1，3和TD4，T2，4等組成。如上所述，靜態(tài)時(shí)，它們都處于截止?fàn)顟B(tài)。如果在輸入端輸入某個(gè)極性信號(hào)，例如，下端為正，上端為負(fù)，

46、則TD1的集電極電流減小，R60上的電壓降減小，例如，從6。6V至5v。靜態(tài)時(shí)為4V，即Vb3從5上升。4V到6。靜態(tài)時(shí)為6V。結(jié)果，由于大約為0的直流電壓，TD3的發(fā)射極結(jié)被關(guān)斷到放大狀態(tài)。6V，集電極電位降低，T1和T3也進(jìn)入放大狀態(tài)。當(dāng)T1的集電極電位上升時(shí)，TD3、T1、T3將通過(guò)R56的正反饋立即進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)T3的集電極電位上升時(shí)，穩(wěn)壓器DW3將被反相擊穿，SCR1將被觸發(fā)導(dǎo)通。1J線圈將通電以打開(kāi)左方向舵電磁閥1DF，方向舵葉片將向左偏轉(zhuǎn)。同時(shí)，TD2的集電極電流增加，R61的電壓降增加，使得TD4、T2和T4關(guān)斷。如果輸入信號(hào)的極性在上端變?yōu)檎?，在下端變?yōu)樨?fù)，根據(jù)同樣的分

47、析，那么SCR2被觸發(fā)導(dǎo)通，2J線圈通電，右舵電磁閥2DF打開(kāi)，這意味著舵葉向右偏轉(zhuǎn)。在該圖中，輸入信號(hào)端口中相互并聯(lián)的兩個(gè)二極管D15和D16起到限幅的作用，以防止晶體管TD1和TD2的發(fā)射極結(jié)7由于輸入線數(shù)的幅度過(guò)大而燒壞。圖83.7極限報(bào)警電路在“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀中，有一個(gè)偏航極限報(bào)警裝置，用于在船舶處于自動(dòng)駕駛狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)船舶因轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障而偏離正確航向的最大允許航向偏差，并發(fā)出報(bào)警，通知值班室駕駛員進(jìn)行緊急處理。圖9所示為其原理控制電路，由檢測(cè)級(jí)、輸入級(jí)和開(kāi)關(guān)電路組成。在檢測(cè)階段，與偏航角W成比例的交流信號(hào)電壓Ui被橋式整流電路轉(zhuǎn)換成DC電壓，然后被R115和R116分壓，加到T

48、11基極并從另一個(gè)T11發(fā)射極輸出；該開(kāi)關(guān)由發(fā)射極耦合雙穩(wěn)態(tài)電路(施密特電路)、開(kāi)路放大器和繼電器ZJ組成。如果偏航角W達(dá)到極限值(通常為6)，T11發(fā)射極輸出的信號(hào)將雙穩(wěn)態(tài)變?yōu)門(mén)12導(dǎo)通、T13截止和T14截止。當(dāng)繼電器ZJ線圈斷電時(shí)，其常閉狀態(tài)返回關(guān)閉狀態(tài)，因此喇叭(原理圖中未顯示)鳴響。正常情況下，由于自動(dòng)駕駛儀的高靈敏度(即使調(diào)到最低水平，也可以在偏航2.5時(shí)移動(dòng)方向舵進(jìn)行修正)，T11發(fā)射器的輸出信號(hào)很小，雙穩(wěn)態(tài)電路處于正常狀態(tài)，即T12關(guān)T13開(kāi)，繼電器ZJ線圈通電，喇叭不響8。圖9中的R11是極限偏航角調(diào)節(jié)電阻。自動(dòng)駕駛儀出來(lái)的時(shí)候已經(jīng)調(diào)好了。通常當(dāng)偏航角達(dá)到6時(shí)，施密特電路翻轉(zhuǎn)

49、，喇叭發(fā)出聲音。一般不需要做任何調(diào)整。如有必要，可通過(guò)R115調(diào)節(jié)，使偏航角在4(減小R115的電阻)和8(增大R115)之間的任意角度都能報(bào)警。圖93.8跟蹤轉(zhuǎn)向和跟蹤靈敏度調(diào)整參考原理圖(見(jiàn)附錄)，通過(guò)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)從自動(dòng)位置A切換到跟蹤位置b，可以進(jìn)行跟蹤轉(zhuǎn)向。跟蹤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖10所示，此時(shí)不使用自動(dòng)偏航信號(hào)發(fā)射器。改變運(yùn)算放大器及其附屬的調(diào)節(jié)器件，將兩個(gè)相敏整流電路的輸入端口以相反的極點(diǎn)串聯(lián)作為比較環(huán)節(jié)。當(dāng)反饋舵角等于指令舵角時(shí)，開(kāi)關(guān)放大器的輸入U(xiǎn)1為零，舵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉位于指令舵角。圖10跟蹤轉(zhuǎn)向靈敏度(可以偏轉(zhuǎn)舵葉的最小命令舵角min)可以通過(guò)變阻器Rwg連續(xù)調(diào)節(jié)。Rwg最小時(shí)，mi

50、n達(dá)到1時(shí)才能動(dòng)舵，min達(dá)到2.5時(shí)才能動(dòng)9。3.9緊急轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參考原理電路圖右下角(見(jiàn)附錄)。將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1K轉(zhuǎn)到“緊急”位置，將2K轉(zhuǎn)到“駕駛室”或“舵機(jī)房”位置。你可以用駕駛室或舵機(jī)室內(nèi)的按鈕代替繼電器2J和1J的觸點(diǎn)來(lái)控制伺服油泵電磁閥2DF和1DF的通斷，從而操縱左舵或右舵。3.10低壓DC電源它是一種能提供穩(wěn)定DC電源的電子設(shè)備。為了保持DC輸出的電壓始終穩(wěn)定，一些物理量變化時(shí)不會(huì)有大的波動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，它提供的電源大多是交流電。DC穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向是高精度、高穩(wěn)定性和強(qiáng)可靠性?！跋蜿?yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀的運(yùn)算放大電路、開(kāi)關(guān)放大電路和偏航極限報(bào)警電路需要低壓DC供電。其中+27V是可控

51、硅的主電路電源。由于觸發(fā)信號(hào)消除后SCR可以立即關(guān)斷，所以27V是全波脈動(dòng)電壓。其他電源均采用全波整流電容濾波電路。3.11給定航向、航向改變和舵壓調(diào)整請(qǐng)參考原理電路圖的左上角(見(jiàn)附錄)或圖2。在“向陽(yáng)3號(hào)”自動(dòng)駕駛儀中，“航向設(shè)定”旋鈕有三個(gè)功能10。(1)自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)調(diào)整給定航向。大角度調(diào)整給定航向時(shí)，一般是在給定航向上通過(guò)跟蹤和操舵調(diào)整船舶的首尾線，然后旋轉(zhuǎn)“航向設(shè)定”按鈕，使H刻度盤(pán)上羅盤(pán)LJ驅(qū)動(dòng)的ZF1轉(zhuǎn)子指針的刻度與D刻度盤(pán)上“航向設(shè)定”按鈕旋轉(zhuǎn)的ZF2轉(zhuǎn)子指針的刻度一致。此時(shí)，偏航信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)為零，因此舵機(jī)可以進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)。在自動(dòng)工作模式下，當(dāng)船舶因外界干擾而向左或向右

52、偏離給定航向時(shí)，羅盤(pán)LJ將驅(qū)動(dòng)ZF2轉(zhuǎn)子在ZF2的定子繞組R1 R2上產(chǎn)生輸出信號(hào)Uzf，系統(tǒng)將投入運(yùn)行，使船舶返回給定航向。(2)在自動(dòng)操舵過(guò)程中，小角度改變航向，使船在新的航向上航行。如果僅在5處改變航向(最大不超過(guò)15)，可使用“航向給定”按鈕直接改變航向，而不用換位跟蹤轉(zhuǎn)向模式。例如，航向需要從現(xiàn)在起向右偏航5，只需向右旋轉(zhuǎn)“給定航向”按鈕。將指針在D盤(pán)上向右增加5(請(qǐng)注意:因?yàn)檎n程盤(pán)是60一周。所以指針偏轉(zhuǎn)5就意味著ZF2旋翼在空間轉(zhuǎn)了30)，船會(huì)自動(dòng)從原來(lái)的航向轉(zhuǎn)到新的航向。這是因?yàn)楫?dāng)航向向右改變時(shí)，ZF2轉(zhuǎn)子手動(dòng)向右轉(zhuǎn)動(dòng)30機(jī)械角(ZF1尚未轉(zhuǎn)動(dòng))，在R1-R2上產(chǎn)生的輸出信號(hào)U

53、zf與船舶因干擾偏離正確航向時(shí)(ZF2轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng))在R1-R2上產(chǎn)生的輸出信號(hào)Uzf 相位相反，即Uzf= Uzf 通過(guò)相敏電路。如果后者的電壓(指羅經(jīng)輸出)為正，給左舵糾正船舶偏航向右，那么前者的電壓(指航向給定旋鈕)為負(fù)，所以要給右舵，使船舶的首尾線向右轉(zhuǎn)，進(jìn)行新的航向。為什么小角度改變航向不能超過(guò)5(最大15)？因?yàn)楫?dāng)超過(guò)5時(shí)，轉(zhuǎn)子角度超過(guò)30，離開(kāi)信號(hào)發(fā)射器的線性區(qū)域，而當(dāng)超過(guò)15時(shí)，轉(zhuǎn)子角度超過(guò)90，會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)轉(zhuǎn)向的紊亂。(3)用于自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)壓舵。如果船在一側(cè)受到風(fēng)和流的沖擊，想向右側(cè)偏航，可以將“航向給定”按鈕偏轉(zhuǎn)到左側(cè)進(jìn)行修正，按下左舵進(jìn)行修正。相反，如果向左偏航，可以稍微按一

54、下右舵來(lái)修正。3.12“向陽(yáng)三號(hào)”自動(dòng)駕駛儀通電調(diào)試自動(dòng)舵加電調(diào)試可分為三個(gè)階段:手柄、隨動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)向。準(zhǔn)備和上電調(diào)試步驟原則上與其他類(lèi)型的舵機(jī)類(lèi)似，尤其是手柄轉(zhuǎn)向。因?yàn)樵O(shè)計(jì)了復(fù)雜的細(xì)管電路，手柄開(kāi)關(guān)可以直接控制電磁閥的通斷，所以需要先單獨(dú)調(diào)試。確認(rèn)無(wú)誤后，才能進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)向。先小角度隨動(dòng)轉(zhuǎn)向，再大角度隨動(dòng)轉(zhuǎn)向。如果在系統(tǒng)停機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)一些靜態(tài)故障或者上電時(shí)跟蹤角度錯(cuò)誤，可以將舵角反饋?zhàn)兯推髦苯咏拥讲俣媾_(tái)上，晶閘管的輸出端可以接一個(gè)便于觀察的二手臨時(shí)負(fù)載(如白熾燈)。這樣在排除故障時(shí)，舵機(jī)可以不再工作，調(diào)試起來(lái)方便簡(jiǎn)單。檢查時(shí)，手輪應(yīng)先轉(zhuǎn)向一個(gè)偏轉(zhuǎn)角，假設(shè)操作右10，那么剛剛點(diǎn)亮的白熾燈應(yīng)熄滅。然后，其他學(xué)位之后是上訴實(shí)驗(yàn)，之后是反向轉(zhuǎn)向。如果系統(tǒng)正常，故障不在轉(zhuǎn)向平臺(tái)的伺服控制部分，而是在其他一些地方。如果臨時(shí)負(fù)載(白熾燈)異常，問(wèn)題出在伺服系統(tǒng)。“向陽(yáng)三號(hào)”自