第十章 船舶舵機(jī)電力拖動(dòng)

第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制§10—1.舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制的基本要求§10—2.操舵方式及其基本工作原理§10—3.自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律§10—4.自動(dòng)舵系統(tǒng)基本工作原理學(xué)習(xí)第十章應(yīng)該注意的點(diǎn)第十章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：1.對(duì)船舶舵機(jī)有什么基本要求？2.有幾種操舵方式？3.各種操舵方式有什么特點(diǎn)？4.自動(dòng)舵是怎樣工作的？5.自動(dòng)舵有幾種調(diào)節(jié)規(guī)律？各種調(diào)節(jié)規(guī)律分別起什么作用？相對(duì)比較難的點(diǎn)：1.各種操舵方式的工作原理；2.自動(dòng)舵各種調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)?！?0—1.舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制的基本要求電動(dòng)-機(jī)械舵機(jī)：分為兩類：⑴.電動(dòng)-機(jī)械；⑵.電動(dòng)-液壓。舵機(jī)裝置的分類：工作過(guò)程：電動(dòng)機(jī)通過(guò)連軸節(jié)帶動(dòng)蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)主動(dòng)齒輪帶動(dòng)扇形齒輪，再經(jīng)過(guò)緩沖彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)舵柄（在扇形齒輪下面，通過(guò)彈簧推動(dòng)），從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。

作用：蝸桿蝸輪傳動(dòng)——大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。緩沖彈簧——減輕船舶在航行中波浪對(duì)舵葉的沖擊力，防止傳動(dòng)裝置受到損傷。系統(tǒng)組成：一般采用G—M系統(tǒng)。對(duì)舵機(jī)裝置的要求：電動(dòng)-液壓舵機(jī)：系統(tǒng)組成：恒速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動(dòng)液壓油缸。工作過(guò)程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時(shí)，推動(dòng)撞桿（活塞）移動(dòng)，從而帶動(dòng)舵柄，舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。

基本要求三可靠：1.供電；2.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；3.控制系統(tǒng)——要可靠。供電：采用雙路供電，兩路分離較遠(yuǎn)的饋電線，一路經(jīng)應(yīng)急配電板。電動(dòng)機(jī)：機(jī)械特性軟（抗沖擊），轉(zhuǎn)矩大（35°-30°，28秒），能承受1分鐘的堵轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)：至少兩個(gè)操作站（由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換，防止同時(shí)操作），有三種操舵方式（手動(dòng)、隨動(dòng)、自動(dòng)）。[第一節(jié)要點(diǎn)]：舵機(jī)的分類、特點(diǎn)；基本要求?！?0—2.操舵方式及其基本工作原理操舵方式：三種：1.單動(dòng)；2.隨動(dòng)；3.自動(dòng)。單動(dòng)操舵工作原理：?jiǎn)蝿?dòng)（香蕉柄）操舵就是應(yīng)急操舵。方法：手扳舵轉(zhuǎn)，復(fù)零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。隨動(dòng)操舵工作原理：隨動(dòng)操舵，又叫“舵輪操舵”。隨動(dòng)——舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)。方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)锥?，舵葉右偏幾度（右偏也相似）。原理：是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵角和舵輪的偏差控制電動(dòng)機(jī)。操舵過(guò)程：舵輪向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度α，電位器R1的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，電橋失去平衡，放大器輸入信號(hào)>0，發(fā)電機(jī)輸出電壓使電動(dòng)機(jī)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。同時(shí)舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反饋電位器R2的滑動(dòng)點(diǎn)不斷向a’點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時(shí)，放大器輸入=0，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉處于右舵與舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度上?；囟孢^(guò)程相似，只是放大器輸入變反，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，舵葉回偏。自動(dòng)操舵工作原理：自動(dòng)操舵，實(shí)際上是自動(dòng)航向保持儀。組成原理：利用電羅經(jīng)檢測(cè)船舶實(shí)際航向α，然后與給定航向K°進(jìn)行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號(hào)，使操舵裝置動(dòng)作，改變偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐漸回到正航向上。船舶回到正航向后，舵葉不再偏轉(zhuǎn)。線路分析：最簡(jiǎn)單的電動(dòng)操舵線路的工作過(guò)程見(jiàn)。下圖[第二節(jié)要點(diǎn)]：操舵方式（種類、原理）；自動(dòng)操舵儀的組成原理。說(shuō)明：三種：⑴.比例舵；⑵.比例-微分舵；⑶.比例-微分-積分舵。不同基本類型的自動(dòng)舵，對(duì)舵葉的調(diào)節(jié)規(guī)律是不同的。基本類型：基本類型：自動(dòng)舵的基本類型——是指按操舵的規(guī)律分類的（也就是舵的偏轉(zhuǎn)規(guī)律）類型，而不是舵機(jī)裝置的類型。自動(dòng)舵方框圖：§10—3.自動(dòng)舵的基本類

型及其調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律：比例舵：偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例-微分關(guān)系：β=-（K1φ+K2dφ/dt）——K2為微分系數(shù)。比例-微分舵：偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例關(guān)系：β=-K1φ——K1為比例系數(shù)，負(fù)號(hào)表示與偏航方向相反。特點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，航行保持精度較差，船舶營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性較差（會(huì)出現(xiàn)S形航跡）。偏航初期，偏航角的變化率較大，比例-微分舵能夠及時(shí)地給出大的偏舵較，有效地阻止船舶的偏航（最大偏航角較小）；回航過(guò)程中，偏航角的變化率變?yōu)樨?fù)值，能夠適時(shí)地給出反舵角，阻止船舶反向偏航。——能有效阻止反向偏航。

主要特點(diǎn)：具有“超前校正”的控制作用，減小船舶航向的振蕩，減輕舵機(jī)負(fù)擔(dān)，增加航速，提高系統(tǒng)靈敏度和船舶的營(yíng)運(yùn)效益。比例舵的不足：偏航初期偏舵角較小，不能很快阻止船舶繼續(xù)偏航；回航過(guò)程中船舶具有慣性，偏舵角不能及時(shí)減小，容易反向偏航。比例-微分-積分舵：比例舵：可以克服偏航，但容易形成S形航跡，航程較長(zhǎng)。比例-微分舵：可以減小最大偏航角，克服回航時(shí)的反向偏航。微分系數(shù)不能太大，否則容易造成不穩(wěn)定。比例-微分-積分舵：能夠產(chǎn)生“自動(dòng)壓舵”調(diào)節(jié)，克服不對(duì)稱偏航。組成：比例-微分-積分舵是在比例-微分舵的基礎(chǔ)上增加積分環(huán)節(jié)。積分環(huán)節(jié)的作用是克服不對(duì)稱偏航。——K3是積分系數(shù)。不對(duì)稱偏航的產(chǎn)生：所謂不對(duì)稱偏航，就是某舷（側(cè)）的偏航角持續(xù)的時(shí)間比另一舷（側(cè)）的偏航角持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)?！b載不對(duì)稱，斜向風(fēng)的持續(xù)影響，斜向海潮的持續(xù)影響。——對(duì)于具有雙螺旋槳推進(jìn)的船舶，螺旋槳推進(jìn)的不平衡也會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱偏航。積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對(duì)偏航持續(xù)時(shí)間進(jìn)行累積，當(dāng)某舷（側(cè)）偏航持續(xù)的時(shí)間比另一舷（側(cè)）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，則環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個(gè)信號(hào)將通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使舵葉維持在一定的偏轉(zhuǎn)角度上，從而使船舶具有克服單向偏航的能力。操舵規(guī)律特點(diǎn)比較：[第三節(jié)要點(diǎn)]：自動(dòng)舵的基本類型；各種調(diào)節(jié)規(guī)律的性能、特點(diǎn)。§10—4.自動(dòng)舵系統(tǒng)基本工作原理PID自動(dòng)舵系統(tǒng)工作原理：PID自動(dòng)舵概述：具有比例、微分和積分調(diào)節(jié)作用的自動(dòng)舵稱為PID自動(dòng)舵。這種PID舵實(shí)際上是航向保持儀，不能實(shí)現(xiàn)航跡的自動(dòng)跟蹤。而且，在不同的海況下，比例、微分、積分等參數(shù)需要人為地進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能達(dá)到比較滿意的調(diào)節(jié)效果。PID自動(dòng)舵原理：電羅經(jīng)和自整角機(jī)將船舶的實(shí)際航向和給定航向比較，得到偏航信號(hào)經(jīng)發(fā)訊器2和相敏整流器整流后送到靈敏度調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過(guò)比例、微分和積分環(huán)節(jié)（5、6和13）調(diào)節(jié)后，由放大器8和功率放大器9進(jìn)行放大，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)10對(duì)舵機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。自適應(yīng)舵的基本概念和調(diào)節(jié)原理：定義：通過(guò)計(jì)算機(jī)將所有檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，分類：可分為兩類：自校正控制系統(tǒng)和模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)。自校正控制系統(tǒng)：自動(dòng)校正系統(tǒng)的控制參數(shù)，使性能指標(biāo)接近最優(yōu)。模型參考控制系統(tǒng)：設(shè)計(jì)一個(gè)理想（最優(yōu)）的參考模型，計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)接近該理想模型的控制規(guī)律。說(shuō)明：自適應(yīng)舵的具體工作原理分析需要較深的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，本節(jié)只要求了解基本概念即可。[第四節(jié)要點(diǎn)]：自適應(yīng)舵的概念和類型。使舵機(jī)按照給定航線進(jìn)行操舵的自動(dòng)舵稱為自適應(yīng)舵。自適應(yīng)舵可以自動(dòng)對(duì)航線進(jìn)行判別，可以自動(dòng)修正內(nèi)部參數(shù)（例如比例系數(shù)等）以適應(yīng)船舶的各種狀態(tài)或海況。第十章各節(jié)要點(diǎn)各節(jié)要點(diǎn)：第一節(jié)：舵機(jī)的分類、特點(diǎn)；基本要求。第二節(jié)：操舵方式（種類、原理）；自動(dòng)操舵儀的組成原理。第三節(jié)：自動(dòng)舵基本類型；各種