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1、第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10 -1 舵机电力拖动与控制的基本要求10 -2 操舵方式及基本工作原理10 -3 自动舵的基本类型及其调节规律10 -4 自动操舵系统基本要求和工作原理,第10 章 船舶舵机的电力拖动与控制,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,内容简介,本章主要讨论船舶舵机电力拖动与控制的基本类型和控制原理。,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,工作过程：电动机通过联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。,电动 - 机械舵机装置,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,电动液压舵机装置,工作过程：当一油缸注入
2、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,液压舵机传动机构,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,按海规要求，电动机连续工作制；具有软的机械特性和足够大的过载能力；堵转时间应能持续1分钟以上，仍不致将电动机烧毁。要求电动在最快航速下，既能满足最大舵角，也能满足转舵速度。,供电要可靠,从主配电盘到舵机应当用两路分离较远的馈电线对舵机电动机供电。其中之一还应该与应急配电盘相连。,电动机的运行要可靠,10 -1 舵机电力拖动与控制的基本要求1）工作可靠,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,任何舵角均能投入工作，能及时准确转给定舵角。 操纵系统应装有自动、随动和应急三种操纵装
3、置。,舵机电力拖动装置至少有两个控制站，驾驶台和舵机舱各一，控制站之间要有转换开关，以防同时操作。,2）生命力强,3）操作灵便,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,4）舵叶偏转限位保护和失压报警装置,限位保护，防止操舵设备受损。舵机总电源断电，声光报警。航向超过允许偏差的偏航自动报警,注意：只有过载报警而没有过载保护装置,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10 -2 操舵方式及基本工作原理,进行的应急操舵。,10.2.1 单动操舵工作原理,限位,通过转换开关,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,单动操舵的操作方法可以归纳为：手板舵动，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。这种操舵方式仅适用于内河小
4、型船舶和作为海船的应急操舵方式。,单动操舵方框图,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10.2.2 随动操舵的工作原理,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,随动操舵方框图,船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵x x 0，舵叶右偏，并自动停在右舵x x 0上。为了减少形航迹的振幅，船舶在返回正航向过程中，必须回舵。,主要环节：,比较环节、放大环节、执行机构,随动操舵的方法：,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10.2.3 自动操舵的工作原理,滚轮1：与航向接受器机械相连反应船舶偏航的角度（船右偏，滚轮左偏转）,偏航角,偏舵角,绝缘块4：隔离导电环2和3，并与导电环一同偏转。,导电环2、3：与舵角反馈机构相连，反应舵叶的
5、位置（舵叶左偏，导电环左偏）。,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,：船舶回到给定航向K，=0，=0。,：滚轮在绝缘块上电机不动舵叶在艏艉线,：船右偏滚轮左偏J1有电舵左转导电环左转很小，使，同时，,：时（=max），船停止偏转（d/ dt = 0）。导电环追上滚轮，使绝缘块与滚轮接触，电动机停，舵叶停转=max。,：在左舵的作用下，船开始回转（），使滚轮右转，与导电环接3触，使J2有电，电动机反转，回舵（）。导电环右转追随滚轮运动。,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,船舶的航迹曲线,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,第二节要点：操舵方式(种类、原理)；自动操舵仪组成原理。,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,自
6、动操舵系统方框图,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10 -3 自动舵的基本类型及其调节规律,10.3.1 自动舵的基本类型,按调节规律分三种基本类型：比例舵比例微分舵比例微分舵积分舵,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10.3.2 自动舵的调节规律,K1过大，使船回转过头，稳定性变坏，还会降低航速。,以船舶偏航角的大小按比例给偏舵角，即,= K1,K1为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏,K1过小，不能产生足够的转船力矩，回转性能不好。,1）比例舵,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,加入微分环节后使得系统具有“超前”的校正控制作用。提高系统的灵敏度。,以船舶偏航角和偏航角速度d/ d t按比例给出偏舵
7、角，即,= （K1+K2d/d t ）,K2是微分系数。,通常所说的纠偏舵、稳舵角或反舵角等均指微分舵作用。,2）比例微分舵,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,-K1,K1、K2选择不当，将影响航行质量。,1、当载荷大船速慢，相对于K1，把K2调小，则比例效果大，结果船舶摇摆逐渐衰减至正航向。,2、反过来，相对于K1，把K2调大，则微分效果大，航迹过阻尼，长时间不能回到正航向。,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,相对于K1，把K2调小，则比例效果大,相对于K1，把K2调大，则微分效果大,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,积分环节的作用在于消除船舶由于船型不对称、螺旋浆不对称或船舶单侧风、水流的影响使偏航角
8、在不灵敏区所引起的横向移动距离。（不灵敏区是在较小时，自动舵不调节时）,以船舶偏航角、偏航角速度d/ d t和偏航角的积分d t按比例给出偏舵角，即,= （K1+K2d/d t + K3d t）,K3是积分系数。,3）比例微分积分舵,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,偏航时的积分作用,实际：常用“压舵”代替PID中的积分环节,期望值是转舵角越小越好（最好低于5），转舵次数越小越好（每分钟小于6次）,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10 -4 自动操舵系统基本要求和工作原理,10.4.1 自动操舵系统基本要求,1）自动操舵性能良好,偏航，则使舵叶偏转一定角度，即一次偏舵角；如过大则使航速降低，过小则不
9、能回航向，故要给出附加舵角即二次偏舵角。,2）具有必要的调节装置,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,（4）压舵调节：偏航积分电路，作用是实现自动压舵，调节积分系数K3 。,（1）灵敏度调节（天气调节）：人为设定系统的死区，以调节系统的灵敏度。,（2）舵角比例调节：根据船舶大小、船型、装载情况及航速来选择舵角比例系数K1 。,（3）反舵角调节：使船舶还未回到给定航向时，舵已提前回到首尾线，并反方向转过一个角度，来克服船舶的惯性，起到阻尼作用，以使船舶能很快的回到给定航向指微分环节 K2,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,（5）航向调节（小航角航向调节）：在自动操舵运行中，可以通过航向调节改变船舶的给定航
10、向，使船舶在新的航向上航行。,3）应设有随动、单动等操舵设备,进出港、紧急情况、操舵失灵时，应能立刻转换操舵方式，保证可靠性。还要有双电源、双机组等。,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,自适应自动舵是一种具有自适应控制功能的自动舵装置。可根据测量到的被控制对象（船）现时状态的外部连续信息（转舵角、船首向、船速等），不断地实时辩识模型的结构和参数实施有效的控制。,自适应舵的基本概念和调节原理,舵机自适应控制系统方框图,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,10.4.2 自动操舵系统的工作原理,1）系统组成：2个操作台伺服机构反馈装置、电源箱等三种操舵方式选择，自动舵：PI压舵,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,
11、2）信号发送电路,偏航信号发送,随动信号发送,舵角反馈信号发送,信号发送控制式自整角机：自动操舵时，F1在协调位置，无信号输出；偏航时分罗经带动F1转子转动一个角度，则其绕组S2S3输出一个正弦偏航信号。稳压管：输出钳位,8,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,来自发送器,3）相敏整流电路,UrefUs，频率相同，同相位时U0正极性，反之负极性,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,4）信号比较、压舵环节、直流放大电路,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,5）比例调节电路,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,6）微分调节电路,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,7）脉冲形成与晶闸管触发电路,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,8）晶闸管主电路与应急操舵电路,第二篇船舶舵机电力拖动与控制,9）偏航报警与操舵系统失压报警电路,