10第十章舵機(jī)

1、第十章第十章 船舶舵機(jī)的電力拖船舶舵機(jī)的電力拖 動與控制動與控制 10-110-1.舵機(jī)的電力拖動與控制的基本要求舵機(jī)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(diào)節(jié)規(guī)律自動舵的基本類型及其調(diào)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(jié)第十章小結(jié) 學(xué)習(xí)第十章應(yīng)該注意的點學(xué)習(xí)第十章應(yīng)該注意的點 第十章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個問題：第十章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個問題： 1.對船舶舵機(jī)有什么基本要求？對船舶舵機(jī)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

2、點？各種操舵方式有什么特點？ 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(diào)節(jié)規(guī)律？各種調(diào)節(jié)規(guī)律分別自動舵有幾種調(diào)節(jié)規(guī)律？各種調(diào)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(diào)自動舵各種調(diào) 節(jié)規(guī)律的特點。節(jié)規(guī)律的特點。 10-1. 舵機(jī)的電力拖動與控舵機(jī)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(nèi)容有兩個部分本節(jié)主要內(nèi)容有兩個部分 1.1.舵機(jī)裝置：舵機(jī)裝置： 主要掌握舵機(jī)的分類特點。主要掌握舵機(jī)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

3、面三個方面 供電、電動機(jī)、控制系統(tǒng)供電、電動機(jī)、控制系統(tǒng) 一、舵機(jī)裝置一、舵機(jī)裝置 舵機(jī)裝置分為兩類：舵機(jī)裝置分為兩類： . .電動電動 - - 機(jī)械；機(jī)械；. .電動電動 - - 液壓。液壓。 電動電動 - - 機(jī)械舵機(jī)裝置機(jī)械舵機(jī)裝置： 工作過程：工作過程：電動機(jī)通過連電動機(jī)通過連 軸節(jié)帶動蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動，并通軸節(jié)帶動蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)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(jīng)過緩沖彈簧轉(zhuǎn)動舵柄（在扇經(jīng)過緩沖彈簧轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 一般采用一般采用G-M系

4、統(tǒng)。系統(tǒng)。 作用：作用：蝸桿蝸輪傳動，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(jī)裝置液壓舵機(jī)裝置 系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 恒速電動機(jī)恒速電動機(jī) （可用普通異步（可用普通異步 機(jī)）拖動雙向變機(jī)）拖動雙向變 量油泵，提供雙量油泵，提供雙 向的高壓油驅(qū)動向的高壓油驅(qū)動 液壓油缸。液壓油缸。 工作過程：工作過程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出當(dāng)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

5、而帶動舵柄，低壓油時，推動撞桿（活塞）移動，從而帶動舵柄， 舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。 基本要求：基本要求： 三可靠。三可靠。 1.1.供電；供電；2.2.電動機(jī)運行；電動機(jī)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(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。 電動機(jī)：電動機(jī)： 機(jī)械特性軟（抗沖擊），轉(zhuǎn)矩大（機(jī)械特性軟（抗沖擊），轉(zhuǎn)矩大（3535- 30- 30，2828秒），秒）， 能承受能承受1 1分鐘的堵轉(zhuǎn)。分鐘的堵轉(zhuǎn)。 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)： 至少兩個操作站（由轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，防止同時操

6、作），至少兩個操作站（由轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，防止同時操作）， 有三種操舵方式（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(jī)的分類、特點；基本要求。：舵機(jī)的分類、特點；基本要求。 對舵機(jī)裝置的要求對舵機(jī)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(nèi)容有三個部分本節(jié)主要內(nèi)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

7、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是應(yīng)急操舵。應(yīng)急操舵。 方法：方法：手扳舵轉(zhuǎn)，復(fù)零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右手扳舵轉(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：原理：轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵磁方轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵磁方 向，從而使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。向，從而使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 單動操舵工作原理單動操舵工作原理 電動機(jī)勵磁不變。電動機(jī)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(zhuǎn)動舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動 。 方法：方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)?/p>

8、左偏航操右舵，舵輪操右?guī)?度，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：原理：是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵 角和舵輪的偏差控制電動機(jī)。角和舵輪的偏差控制電動機(jī)。 操舵過程：操舵過程：舵輪舵輪向右轉(zhuǎn)過一個角向右轉(zhuǎn)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(jī)輸出電壓使電動機(jī)順，發(fā)電機(jī)輸出電壓使電動機(jī)順 時針方向轉(zhuǎn)動，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。時針方向轉(zhuǎn)動，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。 同時舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動同時舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動 反饋電位器反饋電位器R R2 2的滑動點不

9、斷向的滑動點不斷向a 點移動。當(dāng)電橋重新處于新的平點移動。當(dāng)電橋重新處于新的平 衡狀態(tài)時，放大器輸入衡狀態(tài)時，放大器輸入=0=0，電動電動 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) 動相對應(yīng)的角度上。動相對應(yīng)的角度上。 回舵過程相似，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(jī)反轉(zhuǎn)，舵葉回偏。反，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，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(jīng)檢測船舶實際航向利用電羅經(jīng)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(jìn)行比較，其差值作為操舵裝置的

10、輸入信號，進(jìn)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：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。 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(diào)節(jié)規(guī)律型及其調(diào)節(jié)規(guī)律 本節(jié)主要內(nèi)容有本節(jié)主要內(nèi)容有 1.1.自動

11、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(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。 說明：說明：不同基

12、本類型的自動舵，對舵不同基本類型的自動舵，對舵 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 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(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)號表示與偏航方向相反。為比例系數(shù)，負(fù)號表示與偏航方向相反。 特點：特點：機(jī)構(gòu)簡單，航行保持精度較差，船舶營機(jī)構(gòu)簡單，航行保持精度較差，船舶營 運經(jīng)濟(jì)性較差（會出現(xiàn)運經(jīng)濟(jì)性較差（會出現(xiàn)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

13、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(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

14、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 ?。换睾綍r，偏航角變化率變?yōu)樨?fù)值，能適時給出反舵小）；回航時，偏航角變化率變?yōu)樨?fù)值，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(jī)負(fù)擔(dān)，增加航速，提高系統(tǒng)靈敏舶航向的振蕩，減輕舵機(jī)負(fù)擔(dān)，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

15、- - 微分舵基礎(chǔ)上增加積分環(huán)節(jié)。微分舵基礎(chǔ)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 3是積分系數(shù)。是積分系數(shù)。 不對稱偏航的產(chǎn)生：不對稱偏航的產(chǎn)生：不對稱偏航是某舷（側(cè)）的偏航角不對稱偏航是某舷（側(cè)）的偏航角 持續(xù)時間比另一舷（側(cè)）偏航角持續(xù)時間長。持續(xù)時間比另一舷（側(cè)）偏航角持續(xù)時間長。 原因：原因：裝載不對稱，斜向風(fēng)的持續(xù)影響，斜向海潮的持裝載不對稱，斜向風(fēng)的持續(xù)影響，斜向海潮的持 續(xù)影響。續(xù)影響。 對于具有雙螺旋槳推進(jìn)的船舶，螺旋槳推進(jìn)對于具有雙螺旋槳推進(jìn)的船舶，螺旋槳推進(jìn) 的不平衡也會產(chǎn)生不對稱偏航。的不平衡也會產(chǎn)生不對稱偏航。 積分環(huán)

16、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(jìn)行積分環(huán)節(jié)可以對偏航持續(xù)時間進(jìn)行 累積，當(dāng)某舷（側(cè)）偏航持續(xù)的時間比另一舷（側(cè)）持續(xù)時累積，當(dāng)某舷（側(cè)）偏航持續(xù)的時間比另一舷（側(cè)）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(jī)構(gòu)使舵葉維持在一定的偏轉(zhuǎn)角度上，從而信號將通過執(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。 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 - -

17、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(shù)不能太大，否則容回航時的反向偏航。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“自動壓舵自動壓舵” 調(diào)節(jié)，克服不對稱偏航。調(diào)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(diào)節(jié)規(guī)律：自動舵的基本類型；各種調(diào)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(nèi)容有兩部分本節(jié)主要內(nèi)容有兩部分 1.PID1.PID自動舵系統(tǒng)

18、的工作原理自動舵系統(tǒng)的工作原理 2.2.適應(yīng)舵的基本概念和調(diào)節(jié)原理適應(yīng)舵的基本概念和調(diào)節(jié)原理 這兩部分的主要要求是了解各自的有關(guān)概念這兩部分的主要要求是了解各自的有關(guān)概念 概述：概述：具有比具有比 例、微分和積分調(diào)例、微分和積分調(diào) 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(xiàn)保持儀，不能實現(xiàn) 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(shù)需要人積分等參數(shù)需要人 為地進(jìn)行調(diào)節(jié)，才為地進(jìn)行調(diào)節(jié)，才 能達(dá)到比較滿意的能達(dá)到比較滿意的 調(diào)節(jié)效果

19、。調(diào)節(jié)效果。 PID PID自動舵原理：自動舵原理：電羅經(jīng)和自整角機(jī)將船舶電羅經(jīng)和自整角機(jī)將船舶 的實際航向和給定航向比較，得到偏航信號經(jīng)的實際航向和給定航向比較，得到偏航信號經(jīng) 發(fā)訊器發(fā)訊器2 2和相敏整流器整流后送到靈敏度調(diào)節(jié)器，和相敏整流器整流后送到靈敏度調(diào)節(jié)器， 再經(jīng)過比例、微分和積分環(huán)節(jié)（再經(jīng)過比例、微分和積分環(huán)節(jié)（5 5、6 6和和1313）調(diào)）調(diào) 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(jìn)行放大，送進(jìn)行放大，送 給執(zhí)行機(jī)構(gòu)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)1010對舵機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。對舵機(jī)進(jìn)行調(diào)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(yīng)舵的基本概

20、念和調(diào)節(jié)原理自適應(yīng)舵的基本概念和調(diào)節(jié)原理 定義：定義：通過計算機(jī)將所有檢測信號進(jìn)行通過計算機(jī)將所有檢測信號進(jìn)行 處理，使舵機(jī)按照給定航線進(jìn)行操舵的自動處理，使舵機(jī)按照給定航線進(jìn)行操舵的自動 舵稱為自適應(yīng)舵。自適應(yīng)舵可以自動對航線舵稱為自適應(yīng)舵。自適應(yīng)舵可以自動對航線 進(jìn)行判別，可以自動修正內(nèi)部參數(shù)（例如比進(jìn)行判別，可以自動修正內(nèi)部參數(shù)（例如比 例系數(shù)等）以適應(yīng)船舶的各種狀態(tài)或海況。例系數(shù)等）以適應(yīng)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(yīng)控制系統(tǒng)和自適應(yīng)控制系統(tǒng)和模模 型參考型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)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(shù)，使性能指標(biāo)接近最優(yōu)。自動校正系統(tǒng)的控制參數(shù)，使性能指標(biāo)接近最優(yōu)。 模型參考控