第十章节舵机

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1、第十章 船舶舵机的电力拖动与控制,10-1.舵机的电力拖动与控制的基本要求 10-2.操舵方式及其基本工作原理 10-3.自动舵的基本类型及其调节规律 10-4.自动舵系统基本工作原理,第十章小结,学习第十章应该注意的点,第十章学习应注意的几个问题： 1.对船舶舵机有什么基本要求？ 2.有几种操舵方式？ 3.各种操舵方式有什么特点？ 4.自动舵是怎样工作的？ 5.自动舵有几种调节规律？各种调节规律分别起什么作用？ 相对比较难的点： 1.各种操舵方式的工作原理；2.自动舵各种调节规律的特点。,10-1. 舵机的电力拖动与控制的基本要求,本节主要内容有两个部分 1.舵机装置： 主要掌握舵机的分类特

2、点。 2.电力拖动与控制的基本要求： 三个方面 供电、电动机、控制系统,一、舵机装置,舵机装置分为两类： .电动 - 机械；.电动 - 液压。,电动 - 机械舵机装置： 工作过程：电动机通过连轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再经过缓冲弹簧转动舵柄（在扇形齿轮下面，通过弹簧推动），从而使舵柱和舵叶偏转。,系统组成： 一般采用G-M系统。 作用：蜗杆蜗轮传动，大变比减速，能够锁定舵柱和舵叶。 缓冲弹簧，减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防止传动装置受到损伤。,电动 液压舵机装置,系统组成： 恒速电动机（可用普通异步机）拖动双向变量油泵，提供双向的高压油驱动液压油缸。,工作过程：

3、当一油缸注入高压油而另一油缸排出低压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵柱和舵叶偏转。,基本要求： 三可靠。 1.供电；2.电动机运行；3.控制系统都要可靠 。 供电： 采用双路供电 ，两路分离较远的馈电线， 其中一路经应急配电板。 电动机： 机械特性软（抗冲击），转矩大（35- 30，28秒）， 能承受1分钟的堵转。 控制系统： 至少两个操作站（由转换开关切换，防止同时操作）， 有三种操舵方式（手动、随动、自动）。,第一节要点：舵机的分类、特点；基本要求。,对舵机装置的要求,10-2.操舵方式及其基本工作原理,本节主要内容有三个部分 即三种操舵方式的工作原理，主要掌握它们的作用、特点

4、和工作原理。 1.单动操舵工作原理 2.随动操舵工作原理 3.自动操舵工作原理,单动（香蕉柄）操舵： 在海船上就是应急操舵。 方法：手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。 人看分罗经和舵角指示器操舵。,原理：转换开关改变发电机励磁方向，从而使电动机反转。,单动操舵工作原理,电动机励磁不变。,随动操舵，又叫“舵轮操舵”。 随动 舵叶随着舵轮转动 。,方法：左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。,原理：是负反馈调节系统。以舵角和舵轮的偏差控制电动机。,操舵过程：舵轮向右转过一个角度，电位器R1的滑动点移动，电桥失去平衡，放大器输入信号0，发电机输出电压使电动

5、机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角反馈同步传递机构带动反馈电位器R2的滑动点不断向a点移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角度上。,回舵过程相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。,随动操舵工作原理,自动操舵：实际上是自动航向保持仪。 组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向 ，然后与给定航向K进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。 线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见。,操舵过程：见下图,自动操舵工作原理,第二节要点：

6、操舵方式(种类、原理)；自动操舵仪组成原理。,10-3.自动舵的基本类型及其调节规律,本节主要内容有 1.自动舵的基本类型： 三种 比例、比例-微分、比例-微分-积分 2.三种自动类型的作用和特点,自动舵方框图,自动操舵基本类型,定义：自动舵的基本类型是指按操舵的规律分类的（也就是舵的偏转规律）类型，而不是舵机装置的类型。 三种基本类型：.比例舵；.比例 - 微分舵；.比例 - 微分 - 积分舵。 说明：不同基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同的。,偏航与操舵,比例舵,比例舵操舵的规律是：偏舵角的大小与偏航角的大小成比例关系，即： = - K1 其中：K1为比例系数，负号表示与偏航方向相反

7、。 特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现S形航迹）。 比例舵的不足：偏航初期偏舵角较小，不能很快阻止船舶继续偏航；回航过程中船舶具有惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。,比例-微分舵操舵的规律是：偏舵角的大小与偏航角的大小成比例-微分关系，即： = -（K1+K2d/dt） 其中：K1为比例系数，K2为微分系数。 说明：偏航初期，偏航角变化率大，比例 - 微分舵能及时给出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角较小）；回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。 主要特点：具有“超前校正”的控制作用，减小船舶航向的振荡，减轻

8、舵机负担，增加航速，提高系统灵敏度和船舶的营运效益。,比例-微分舵,比例-微分-积分舵,组成：是在比例 - 微分舵基础上增加积分环节。积分环节作用是 克服不对称偏航。K3是积分系数。 不对称偏航的产生：不对称偏航是某舷（侧）的偏航角持续时间比另一舷（侧）偏航角持续时间长。 原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持续影响。 对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。 积分环节工作原理：积分环节可以对偏航持续时间进行累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持续时间长时，通过环节输出的信号（偏舵角）将继续保持，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，

9、从而使船舶具有克服单向偏航的能力。,比例舵：可以克服偏航，但容易形成S形航迹，航程较长。 比例 - 微分舵：可以减小最大偏航角，克服回航时的反向偏航。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。 比例 - 微分 - 积分舵：能够产生“自动压舵”调节，克服不对称偏航。,第三节要点：自动舵的基本类型；各种调节规律的性能、特点。,操舵定律特点比较,10-4.自动舵系统基本工作原理,本节主要内容有两部分 1.PID自动舵系统的工作原理 2.适应舵的基本概念和调节原理 这两部分的主要要求是了解各自的有关概念,概述：具有比例、微分和积分调节作用的自动舵称为PID自动舵。这种PID舵实际上是航向保持仪，不能实现

10、航迹的自动跟踪。而且，在不同的海况下，比例、微分、积分等参数需要人为地进行调节，才能达到比较满意的调节效果。,PID自动舵原理：电罗经和自整角机将船舶的实际航向和给定航向比较，得到偏航信号经发讯器2和相敏整流器整流后送到灵敏度调节器，再经过比例、微分和积分环节（5、6和13）调节后，由放大器8和功率放大器9进行放大，送给执行机构10对舵机进行调节控制。,一、PID自动舵系统工作原理,二、自适应舵的基本概念和调节原理,定义：通过计算机将所有检测信号进行处理，使舵机按照给定航线进行操舵的自动舵称为自适应舵。自适应舵可以自动对航线进行判别，可以自动修正内部参数（例如比例系数等）以适应船舶的各种状态或

11、海况。,分类：可分为两类自校正自适应控制系统和模型参考自适应控制系统。,自校正控制系统： 自动校正系统的控制参数，使性能指标接近最优。 模型参考控制系统： 设计一个理想（最优）的参考模型，计算机根据实际检测，实现接近该理想模型的控制规律。,说明：具体工作原理分析需要较深基础知识。因此，本节只做一般了解。,第四节要点：自适应舵的概念和类型。,自适应舵说明,第十章 各节要点,各节要点： 第一节：舵机的分类、特点；基本要求。 第二节：操舵方式（种类、原理）；自动操舵仪的组成原理。 第三节：自动舵基本类型；各种调节规律的性能、特点。 第四节：自适应舵的概念和类型。,第十章的主要内容,主要内容：船舶舵机的“基本要求”、“操舵方式”和“基本调节规律”。 要求掌握舵机的基本要求，知道各种操舵方式的使用场合、各自特点及系统的组成 ； 要求掌握舵机的基本类型，知道各种调节规律自动舵的使用场合、各自特点及系统的组成，明白各种“调节规律”的输出输入关系。,