船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 第十章舵機(jī)

船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)課件第十章舵機(jī)第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)第十章應(yīng)該注意的點(diǎn)第十章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：1.對(duì)船舶舵機(jī)有什么基本要求？2.有幾種操舵方式？3.各種操舵方式有什么特點(diǎn)？4.自動(dòng)舵是怎樣工作的？5.自動(dòng)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？相對(duì)比較難的點(diǎn)：1.各種操舵方式的工作原理；2.自動(dòng)舵各種調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日§10-1.

舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制的基本要求本節(jié)主要內(nèi)容有兩個(gè)部分1.舵機(jī)裝置：主要掌握舵機(jī)的分類特點(diǎn)。2.電力拖動(dòng)與控制的基本要求：

——三個(gè)方面供電、電動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、舵機(jī)裝置舵機(jī)裝置分為兩類：⑴.電動(dòng)-機(jī)械；⑵.電動(dòng)-液壓。電動(dòng)-機(jī)械舵機(jī)裝置：

工作過程：電動(dòng)機(jī)通過連軸節(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)），從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。系統(tǒng)組成：——一般采用G-M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。

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。第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日電動(dòng)—液壓舵機(jī)裝置系統(tǒng)組成：恒速電動(dòng)機(jī)（可用普通異步機(jī)）拖動(dòng)雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動(dòng)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)。第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日基本要求：——三可靠。1.供電；2.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；3.控制系統(tǒng)——都要可靠。供電：采用雙路供電，兩路分離較遠(yuǎn)的饋電線，其中一路經(jīng)應(yīng)急配電板。電動(dòng)機(jī)：機(jī)械特性軟（抗沖擊），轉(zhuǎn)矩大（35°-30°，28秒），能承受1分鐘的堵轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)：至少兩個(gè)操作站（由轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，防止同時(shí)操作），有三種操舵方式（手動(dòng)、隨動(dòng)、自動(dòng)）。[第一節(jié)要點(diǎn)]：舵機(jī)的分類、特點(diǎn)；基本要求。對(duì)舵機(jī)裝置的要求第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日§10-2.操舵方式及其基本工作原理

本節(jié)主要內(nèi)容有三個(gè)部分

——即三種操舵方式的工作原理，主要掌握它們的作用、特點(diǎn)和工作原理。1.單動(dòng)操舵工作原理2.隨動(dòng)操舵工作原理3.自動(dòng)操舵工作原理第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日單動(dòng)（香蕉柄）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；右舵右扳，回舵左扳。——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)磁方向，從而使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。單動(dòng)操舵工作原理電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日隨動(dòng)操舵，又叫“舵輪操舵”。隨動(dòng)——

舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)。方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)锥龋嫒~右偏幾度（右偏也相似）。原理：是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵角和舵輪的偏差控制電動(dòng)機(jī)。操舵過程：舵輪向右轉(zhuǎn)過一個(gè)角度α，電位器R1的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，電橋失去平衡，放大器輸入信號(hào)>0，發(fā)電機(jī)輸出電壓使電動(dòng)機(jī)順時(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)反饋電位器R2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衡狀態(tài)時(shí)，放大器輸入=0，電動(dòng)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。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。隨動(dòng)操舵工作原理第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日自動(dòng)操舵：實(shí)際上是自動(dòng)航向保持儀。組成原理：利用電羅經(jīng)檢測(cè)船舶實(shí)際航向α，然后與給定航向K°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β。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)。線路分析：最簡(jiǎn)單的電動(dòng)操舵線路的工作過程見。操舵過程：見下圖自動(dòng)操舵工作原理第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日[第二節(jié)要點(diǎn)]：操舵方式(種類、原理)；自動(dòng)操舵儀組成原理。第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日§10-3.自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律本節(jié)主要內(nèi)容有1.自動(dòng)舵的基本類型：——三種比例、比例-微分、比例-微分-積分2.三種自動(dòng)類型的作用和特點(diǎn)第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日自動(dòng)舵方框圖自動(dòng)操舵基本類型定義：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）類型，而不是舵機(jī)裝置的類型。三種基本類型：⑴.比例舵；⑵.比例-微分舵；⑶.比例-微分-積分舵。說明：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。偏航與操舵第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日比例舵比例舵操舵的規(guī)律是：偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例關(guān)系，即：β=-K1φ其中：K1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)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性較差（會(huì)出現(xiàn)S形航跡）。比例舵的不足：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，偏舵角不能及時(shí)減小，容易反向偏航。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日比例-微分舵操舵的規(guī)律是：偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例-微分關(guān)系，即：β=-（K1φ+K2dφ/dt）其中：K1為比例系數(shù)，K2為微分系數(shù)。說明：偏航初期，偏航角變化率大，比例-微分舵能及時(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)給出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。主要特點(diǎn)：具有“超前校正”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)靈敏度和船舶的營(yíng)運(yùn)效益。比例-微分舵第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日比例-微分-積分舵組成：是在比例-微分舵基礎(chǔ)上增加積分環(huán)節(jié)。積分環(huán)節(jié)作用是——

克服不對(duì)稱偏航。K3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，斜向海潮的持續(xù)影響?！獙?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。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)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。第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日比例舵：可以克服偏航，但容易形成S形航跡，航程較長(zhǎng)。比例-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，否則容易造成不穩(wěn)定。比例-微分-積分舵：能夠產(chǎn)生“自動(dòng)壓舵”調(diào)節(jié)，克服不對(duì)稱偏航。[第三節(jié)要點(diǎn)]：自動(dòng)舵的基本類型；各種調(diào)節(jié)規(guī)律的性能、特點(diǎn)。操舵定律特點(diǎn)比較第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日§10-4.自動(dòng)舵系統(tǒng)基本工作原理本節(jié)主要內(nèi)容有兩部分1.PID自動(dòng)舵系統(tǒng)的工作原理2.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)概念第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日概述：具有比例、微分和積分調(diào)節(jié)作用的自動(dòng)舵稱為PID自動(dòng)舵。這種PID舵實(shí)際上是航向保持儀，不能實(shí)現(xiàn)航跡的自動(dòng)跟蹤。而且，在不同的海況下，比例、微分、積分等參數(shù)需要人為地進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能達(dá)到比較滿意的調(diào)節(jié)效果。PID自動(dòng)舵原理：電羅經(jīng)和自整角機(jī)將船舶的實(shí)際航向和給定航向比較，得到偏航信號(hào)經(jīng)發(fā)訊器2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)（5、6和13）調(diào)節(jié)后，由放大器8和功率放大器9進(jìn)行放大，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)10對(duì)舵機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。一、PID自動(dòng)舵系統(tǒng)工作原理第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、自適應(yīng)舵的基本概念和調(diào)節(jié)原理定義：通過計(jì)算機(jī)將所有檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，使舵機(jī)按照給定航線進(jìn)行操舵的自動(dòng)舵稱為自適應(yīng)舵。自適應(yīng)舵可以自動(dòng)對(duì)航線進(jìn)行判別，可以自動(dòng)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。分類：——可分為兩類自校正自適應(yīng)控制系統(tǒng)和模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)。第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日自校正控制系統(tǒng)：自動(dòng)校正系統(tǒng)的控制參數(shù)，使性能指標(biāo)接近最優(yōu)。模型參考控制系統(tǒng)：設(shè)計(jì)一個(gè)理想（最優(yōu)）的參考模型，計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)接近該理想模型的控制規(guī)律。說明：具體工作原理分析需要較深基礎(chǔ)知識(shí)。因此，本節(jié)只做一般了解。[第四節(jié)要點(diǎn)]：自適應(yīng)舵的概念和類型。自適應(yīng)舵說明第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日第十章各節(jié)要點(diǎn)各節(jié)要點(diǎn)：第一節(jié)：舵機(jī)的分類、特點(diǎn)；基本要求。第二節(jié)：操舵方式（種類、原理）；自動(dòng)操舵儀的組成原理。第三節(jié)：自動(dòng)舵基本類型；各種調(diào)節(jié)規(guī)律的性能、特點(diǎn)。第四節(jié)：