第七节自动操舵控制系统

1、6.7自动操舵控制系统自动操舵控制系统教学要求：教学要求：了解船舶舵机对电力拖动控制设备的了解船舶舵机对电力拖动控制设备的要求，理解自动操舵的工作原理，掌握比要求，理解自动操舵的工作原理，掌握比例舵、微分舵、积分舵的调节规律。例舵、微分舵、积分舵的调节规律。船舶舵机操纵台船舶舵机操纵台船舶舵机总组成机房船舶舵机总组成机房转船力矩：转船力矩：T=FT=F2 2L L舵机装置舵机装置 舵机装置由操舵装置、执行电动机、传动机舵机装置由操舵装置、执行电动机、传动机构和舵叶四部分组成。构和舵叶四部分组成。 按传动机构分：按传动机构分： 1电动电动机械舵机装置机械舵机装置 电动机通过齿轮转动带动舵叶电动机

2、通过齿轮转动带动舵叶 2电动电动液压舵机装置液压舵机装置 电动机通过液压系统转动带动舵叶电动机通过液压系统转动带动舵叶 舵机装置分为两类：舵机装置分为两类： . .电动电动 - - 机械；机械；. .电动电动 - - 液压。液压。 电动电动 - - 机械舵机装置机械舵机装置： 工作过程：工作过程：电动机通过连电动机通过连轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再过主动齿轮带动扇形齿轮，再经过缓冲弹簧转动舵柄（在扇经过缓冲弹簧转动舵柄（在扇形齿轮下面，通过弹簧推动），形齿轮下面，通过弹簧推动），从而使舵柱和舵叶偏转。从而使舵柱和舵叶偏转。系统组成：系统组成：

3、一般采用一般采用G-M系统。系统。作用：蜗杆蜗轮传动，大变比减速，能够锁定舵柱和舵叶。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，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。防止传动装置受到损伤。 电动电动 液压舵机装置液压舵机装置系统组成：系统组成： 恒速电动机恒速电动机（可用普通异步（可用普通异步机）拖动双向变机）拖动双向变量油泵，提供双量油泵，提供双向的高压油驱动向的高压油驱动液压油缸。液压油缸。 工作过程：当一油缸注入高压油而另一油缸排出工作过程：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

4、动，从而带动舵柄，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。舵柱和舵叶偏转。基本要求：基本要求： 三可靠。三可靠。1.1.供电可靠：供电可靠： 采用双路供电采用双路供电 ，两路分离较远的馈电线，两路分离较远的馈电线，其中一路经应急配电板。其中一路经应急配电板。一、舵机对电控设备的要求一、舵机对电控设备的要求2.电动机运行可靠：电动机运行可靠：电动液压舵机：普通长期工作制，过载能力强的电动液压舵机：普通长期工作制，过载能力强的鼠笼电动机鼠笼电动机电动舵机：电动舵机：应能在船舶处于最深航海吃水，并以应能在船舶处于最深航海吃水，并以最大营运航速前进时，将舵自任一舷的最大营运航速前

5、进时，将舵自任一舷的35转至转至另一舷的另一舷的35，且能在不大于，且能在不大于28s的时间内将舵的时间内将舵自任何一舷的自任何一舷的35转至另一舷的转至另一舷的30。 舵机电动机有软的机械特性和足够大的过载能力，舵机电动机有软的机械特性和足够大的过载能力，堵转时间应能持续堵转时间应能持续1min以上，仍不致将电动机烧以上，仍不致将电动机烧坏。坏。3控制系统要可靠控制系统要可靠（1）应有驾驶台和舵机舱两个以上控制站、）应有驾驶台和舵机舱两个以上控制站、并设转换开关防同时操作。并设转换开关防同时操作。（2）设有自动、随动、应急三种操舵。）设有自动、随动、应急三种操舵。（3）应设舵叶偏转限位开关，

6、失压报警，自）应设舵叶偏转限位开关，失压报警，自动操舵极限角自动报警。动操舵极限角自动报警。二、二、操舵方式、类型、工作原理操舵方式、类型、工作原理 三种操舵方式，主要掌握它们的作用、特点和工三种操舵方式，主要掌握它们的作用、特点和工作原理。作原理。 1.1.单动操舵工作原理单动操舵工作原理 2.2.随动操舵工作原理随动操舵工作原理 3.3.自动操舵工作原理自动操舵工作原理单动（香蕉柄）操舵：单动（香蕉柄）操舵： 在海船上就是应急操舵。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。扳，回舵左扳。 人看

7、分罗经和舵角指示器操舵。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原理：转换开关改变发电机励磁方向，从而使电动机反转。向，从而使电动机反转。 单动操舵工作原理单动操舵工作原理电动机励磁不变。电动机励磁不变。性质：性质：1操舵手柄或舵轮位置不与操舵手柄或舵轮位置不与舵叶位置相对应，要用舵角舵叶位置相对应，要用舵角指示器才能知道舵叶所转角指示器才能知道舵叶所转角度。度。2操舵手柄向某一方向，电操舵手柄向某一方向，电动机拖动舵叶向相应方向，动机拖动舵叶向相应方向，手柄回零，舵叶固定在某一手柄回零，舵叶固定在某一角度。角度。3要使舵叶回到中间位置，要使舵叶回到中间位置，手柄反向。手柄反

8、向。4太平舵：手直接板动舵叶太平舵：手直接板动舵叶。随动随动操舵，又叫操舵，又叫“舵轮操舵舵轮操舵”。随动随动 舵叶随着舵轮转动舵叶随着舵轮转动 。方法：左偏航操右舵，舵轮操右几方法：左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。 原理：是负反馈调节系统。以舵原理：是负反馈调节系统。以舵角和舵轮的偏差控制电动机。角和舵轮的偏差控制电动机。 操舵过程操舵过程：舵轮：舵轮向右转过一个角向右转过一个角度度，电位器电位器R R1 1的滑动点移动，的滑动点移动，电桥失去平衡，放大器输入信号电桥失去平衡，放大器输入信号00，发电机输出电压使电动机顺，发电机输出电压

9、使电动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。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同时舵角反馈同步传递机构带动反馈电位器反馈电位器R R2 2的滑动点不断向的滑动点不断向a点移动。当电桥重新处于新的平点移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入衡状态时，放大器输入=0=0，电动电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角度上。动相对应的角度上。回舵过程相似，只是放大器输入变回舵过程相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。反，电动机反转，舵叶回偏。 随动操舵工作原理随动操舵工作原理 自动操舵：实际上是自动航向保持仪。自动操舵：实际上是自动航

10、向保持仪。 组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向 ，然后与，然后与给定航向给定航向K K进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，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，改变偏舵角使操舵装置动作，改变偏舵角。在舵角的作用下，船舶逐。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。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图。线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见图。操舵过程：见操舵过程：见下图下图 自动操舵工作原理自动操舵工作原理三、自动舵的基本类型及其调节规律三、自动

11、舵的基本类型及其调节规律 1.1.自动舵的基本类型：自动舵的基本类型： 三种三种 比例、比例比例、比例- -微分、比例微分、比例- -微分微分- -积分积分 2.2.三种自动类型的作用和特点三种自动类型的作用和特点自动舵方框图自动舵方框图 自动操舵自动操舵基本类型基本类型 定义：自动舵的基本类型是指按操舵定义：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。型，而不是舵机装置的类型。 三种基本类型：三种基本类型：. .比例舵；比例舵；. .比例比例 - - 微分舵；微分舵；. .比例比例 - - 微分微分 - - 积分

12、舵。积分舵。 说明：不同基本类型的自动舵，对舵说明：不同基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同的。叶的调节规律是不同的。偏航与操舵偏航与操舵1 1、比例舵（、比例舵（P P舵）舵） 比例舵操舵的规律是比例舵操舵的规律是：偏舵角：偏舵角的大小与偏航的大小与偏航角角的大小成比例关系，即：的大小成比例关系，即： = - K= - K1 1其中：其中：K K1 1为比例系数，负号表示与偏航方向相反。为比例系数，负号表示与偏航方向相反。 特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现运经济性较差（会出现S S形航迹）。形航迹）。 比例舵的不足：偏航

13、初期偏舵角较小，不能很比例舵的不足：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，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。偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。 比例比例- -微分舵操舵的规律是：偏舵角微分舵操舵的规律是：偏舵角的大小与偏航的大小与偏航角角的大小成比例的大小成比例- -微分关系，即：微分关系，即： = - = -（K K1 1+K+K2 2d d/dt/dt）其中：其中：K K1 1为比例系数，为比例系数，K K2 2为微分系数。为微分系数。 说明：偏航初期，偏航角变化率大，比例说明：偏航初期，偏航角变化率大，比例 -

14、- 微分舵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。角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。微分舵又叫纠偏舵、稳舵角或反舵角。微分舵又叫纠偏舵、稳舵角或反舵角。2 2、比例、比例- -微分舵微分舵（PDPD舵）舵）3 3、比例、比例- -积分积分- -微分舵微分舵（PIDPID舵）舵） 组成：是在比例组成：是在比例 - - 微分舵基础上增加积分环节。积分微分舵基础上增加积分环节。积分环

15、节作用是环节作用是 克服不对称偏航。克服不对称偏航。K K3 3是积分系数。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。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，斜向海潮的持原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持续影响。续影响。 对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进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。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积分环节工作原理：积分环节可以对偏航

16、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，从而信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，从而使船舶具有克服单向偏航的能力。使船舶具有克服单向偏航的能力。也叫压舵，可提高保持正航向精确度。也叫压舵，可提高保持正航向精确度。 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形航迹，形航迹，航程较长。航程较长。 比例比例 - - 微分舵：可以减小最大偏航角，克服微分舵：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。易造成不稳定。 比例比例 - - 微分微分 - - 积分舵：能够产生积分舵：能够产生“自动压舵自动压舵”调节，克服不对称偏航