船舶电气轮机专业舵机教案上海海事职业技术学院市公开课获奖课件

1、第十章 船舶舵机电力拖动与控制 10-1.舵机电力拖动与控制基本要求 10-2.操舵方式及其基本工作原理 10-3.自动舵基本类型及其调整规律10-4.自动舵系统基本工作原理第十章小结第1页第1页学习第十章应当注意点第十章学习应注意几种问题： 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.自动舵是如何工作？ 5.自动舵有几种调整规律？各种调整规律分别起什么作用？相对比较难点： 1.各种操舵方式工作原理；2.自动舵各种调整规律特点。第2页第2页10-1. 舵机电力拖动与控制基本要求本节主要内容有两个部分 1.舵机装置： 主要掌握舵机分类特点。 2.电力拖

2、动与控制基本要求： 三个方面 供电、电动机、控制系统第3页第3页一、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，并通过积极齿轮带动扇形齿轮，再通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。系统构成： 普通采用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冲击力，预防传动装置受到损伤。第4页第4页 电动 液压舵机装置系统构成： 恒速电动机（可用普通异步机）拖动双向变量油泵，提供双向高压油驱动液压油缸。 工作过程：当一油

3、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。第5页第5页基本要求： 三可靠。 1.供电；2.电动机运营；3.控制系统都要可靠 。供电： 采用双路供电 ，两路分离较远馈电线， 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分钟堵转。 控制系统： 至少两个操作站（由转换开关切换，预防同时操作）， 有三种操舵方式（手动、随动、自动）。第一节要点：舵机分类、特点；基本要求。 对舵机装置要求第6页第6页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 即三种操舵方式工作原理，主要掌握它们作用、特点和工

4、作原理。 1.单动操舵工作原理 2.随动操舵工作原理 3.自动操舵工作原理第7页第7页单动（香蕉柄）操舵： 在海船上就是应急操舵。办法：手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。 人看分罗经和舵角批示器操舵。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。第8页第8页随动操舵，又叫“舵轮操舵”。随动 舵叶伴随舵轮转动 。办法：左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度（右偏也相同）。 原理：是负反馈调整系统。以舵角和舵轮偏差控制电动机。 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

5、动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角反馈同时传递机构带动反馈电位器R2滑动点不断向a点移动。当电桥重新处于新平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相相应角度上。回舵过程相同，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。 随动操舵工作原理第9页第9页 自动操舵：事实上是自动航向保持仪。 构成原理：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输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角。在舵角作用下，船舶逐步回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。 线路分析：最简朴电动操舵线路工作过程见。操舵过程：见下图 自动操舵工作原理第10页第10页第

6、二节要点：操舵方式(种类、原理)；自动操舵仪构成原理。第11页第11页10-3.自动舵基本类型及其调整规律本节主要内容有 1.自动舵基本类型： 三种 百分比、百分比-微分、百分比-微分-积分 2.三种自动类型作用和特点第12页第12页自动舵方框图 自动操舵基本类型 定义：自动舵基本类型是指按操舵规律分类（也就是舵偏转规律）类型，而不是舵机装置类型。 三种基本类型：.百分比舵；.百分比 - 微分舵；.百分比 - 微分 - 积分舵。 说明：不同基本类型自动舵，对舵叶调整规律是不同。偏航与操舵第13页第13页 百分比舵 百分比舵操舵规律是：偏舵角大小与偏航角大小成百分比关系，即： = - K1其中：

7、K1为百分比系数，负号表示与偏航方向相反。 特点：机构简朴，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现S形航迹）。 百分比舵不足：偏航早期偏舵角较小，不能不久制止船舶继续偏航；回航过程中船舶含有惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。第14页第14页 百分比-微分舵操舵规律是：偏舵角大小与偏航角大小成百分比-微分关系，即： = -（K1+K2d/dt）其中：K1为百分比系数，K2为微分系数。 阐明：偏航早期，偏航角改变率大，百分比 - 微分舵能及时给出大偏舵，有效地制止船舶偏航（最大偏航角较小）；回航时，偏航角改变率变为负值，能适时给出反舵角，制止船舶反向偏航，即能有效制止反向偏航。 主要特

8、点：含有“超前校正”控制作用，减小船舶航向振荡，减轻舵机承担，增长航速，提升系统灵敏度和船舶营运效益。 百分比-微分舵第15页第15页 百分比-微分-积分舵 构成：是在百分比 - 微分舵基础上增长积分环节。积分环节作用是 克服不对称偏航。K3是积分系数。 不对称偏航产生：不对称偏航是某舷（侧）偏航角连续时间比另一舷（侧）偏航角连续时间长。 原因：装载不对称，斜向风连续影响，斜向海潮连续影响。 对于含有双螺旋桨推动船舶，螺旋桨推动不平衡也会产生不对称偏航。 积分环节工作原理：积分环节能够对偏航连续时间进行累积，当某舷（侧）偏航连续时间比另一舷（侧）连续时间长时，通过环节输出信号（偏舵角）将继续保

9、持，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定偏转角度上，从而使船舶含有克服单向偏航能力。第16页第16页 百分比舵：能够克服偏航，但容易形成S形航迹，航程较长。 百分比 - 微分舵：能够减小最大偏航角，克服回航时反向偏航。但微分系数不能太大，不然容易造成不稳定。 百分比 - 微分 - 积分舵：能够产生“自动压舵”调整，克服不对称偏航。第三节要点：自动舵基本类型；各种调整规律性能、特点。 操舵定律特点比较第17页第17页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自动舵系统工作原理 2.适应舵基本概念和调整原理 这两部分主要要求是理解各自相关概念第18页第18页 概述：含有百分

10、比、微分和积分调整作用自动舵称为PID自动舵。这种PID舵实际上是航向保持仪，不能实现航迹自动跟踪。而且，在不同海况下，百分比、微分、积分等参数需要人为地进行调整，才干达到比较满意调整效果。 PID自动舵原理：电罗经和自整角机将船舶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整器，再通过百分比、微分和积分环节（5、6和13）调整后，由放大器8和功率放大器9进行放大，送给执行机构10对舵机进行调整控制。一、PID自动舵系统工作原理第19页第19页二、自适应舵基本概念和调整原理 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自动舵称为自适应舵。自适应舵能够自动对航线进行判别，能够自动修正内部参数（比如百分比系数等）以适应船舶各种状态或海况。 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。第20页第20页自校正控制系统： 自动校正系统控制参数，使性能指标靠近最优。模型参考控制系统： 设计一个抱负（最优）参考模型，计算机依据实际检测，实现靠近该抱负模型控制规律。 阐明：详细工作原理分析需要较深基础知识。因此，本节只做普通理解。第四节要点：自适应舵概念和类型。 自适应舵阐明第21页第21页第十章 各节要点各节要点：第一节：舵机分类、特点；基本要求。 第二节：操舵方式（种类、原理）；自动操舵仪构成原理。 第三节：自动舵基本类