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文档简介

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

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