船舶舵機(jī)的電力拖動與控制1ppt課件

1、優(yōu)先級。缺點(diǎn)時可進(jìn)展人力操舵。優(yōu)先級。缺點(diǎn)時可進(jìn)展人力操舵。舵機(jī)支配系統(tǒng)應(yīng)裝有自動支配系統(tǒng)、隨動支配系統(tǒng)和應(yīng)舵機(jī)支配系統(tǒng)應(yīng)裝有自動支配系統(tǒng)、隨動支配系統(tǒng)和應(yīng)急支配系統(tǒng)三種支配安裝。急支配系統(tǒng)三種支配安裝。偏航自動報警安裝。偏航自動報警安裝。在自動操舵和隨動操舵失效情況下運(yùn)用在自動操舵和隨動操舵失效情況下運(yùn)用船舶進(jìn)出港等備車航行時運(yùn)用船舶進(jìn)出港等備車航行時運(yùn)用船舶定速航行時運(yùn)用船舶定速航行時運(yùn)用單動舵原理圖單動舵原理圖 8G-M系統(tǒng)電動舵機(jī)的單動操舵原理系統(tǒng)電動舵機(jī)的單動操舵原理1 當(dāng)船舶向左偏離航向時，可當(dāng)船舶向左偏離航向時，可將操舵手柄右扳，使將操舵手柄右扳，使K1閉合，閉合，勵磁機(jī)勵磁機(jī)J

2、得到某一極性的勵磁，得到某一極性的勵磁，G將發(fā)出某一極性電壓，執(zhí)行將發(fā)出某一極性電壓，執(zhí)行電動機(jī)電動機(jī)M向某一方向轉(zhuǎn)動，舵向某一方向轉(zhuǎn)動，舵葉向右偏轉(zhuǎn)。葉向右偏轉(zhuǎn)。 經(jīng)過舵角指示器察看舵角大經(jīng)過舵角指示器察看舵角大小。當(dāng)接近所要求的的右偏舵小。當(dāng)接近所要求的的右偏舵角時，松開手柄，觸點(diǎn)角時，松開手柄，觸點(diǎn)K1斷開斷開，電機(jī)，電機(jī)M停轉(zhuǎn)。停轉(zhuǎn)。G-M系統(tǒng)電動舵機(jī)的單動操舵原理系統(tǒng)電動舵機(jī)的單動操舵原理隨動操舵原理圖電橋式隨動操舵原理圖電橋式 放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)船舶舵葉操舵手輪人人反響安裝偏航角偏航角 偏舵角偏舵角羅經(jīng)羅經(jīng)舵機(jī)舵機(jī)：船舶沿正航向：船舶沿正航向K航行，滾輪航行，滾輪1恰好與絕緣恰好與絕緣

3、塊塊4接觸，電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，舵葉在艏艉線上，接觸，電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，舵葉在艏艉線上，艏艉線與正航向重合，艏艉線與正航向重合， =0，=0偏航偏航轉(zhuǎn)舵轉(zhuǎn)舵最大舵角最大舵角：使使(=max)，船停頓偏轉(zhuǎn)，船停頓偏轉(zhuǎn)(d/ dt = 0)。導(dǎo)電環(huán)追上滾輪，使絕。導(dǎo)電環(huán)追上滾輪，使絕緣塊與滾輪接觸，電動機(jī)停，舵葉緣塊與滾輪接觸，電動機(jī)停，舵葉停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)=max。回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)：在左舵的作用下，船開場回轉(zhuǎn)：在左舵的作用下，船開場回轉(zhuǎn)，使?jié)L輪右轉(zhuǎn)，與導(dǎo)電環(huán)接使?jié)L輪右轉(zhuǎn)，與導(dǎo)電環(huán)接3觸，使觸，使J2有電，有電，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，回舵電動機(jī)反轉(zhuǎn)，回舵。導(dǎo)電環(huán)右轉(zhuǎn)跟隨。導(dǎo)電環(huán)右轉(zhuǎn)跟隨滾輪運(yùn)動。滾輪運(yùn)動。：船舶回到給定航向：船舶回到

4、給定航向K，=0，=0?；睾交睾酱暗暮桔E曲線船舶的航跡曲線反響機(jī)構(gòu)：航向接受器和舵角反響機(jī)構(gòu)。反響機(jī)構(gòu)：航向接受器和舵角反響機(jī)構(gòu)。電羅經(jīng)是檢測元件，也是比較環(huán)節(jié)。電羅經(jīng)是檢測元件，也是比較環(huán)節(jié)。比較比較(元件元件)：由兩個導(dǎo)電半圓環(huán)和滾輪所構(gòu)成。：由兩個導(dǎo)電半圓環(huán)和滾輪所構(gòu)成。放大器：直流發(fā)電機(jī)放大器：直流發(fā)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：他勵直流電動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：他勵直流電動機(jī)M。小結(jié)：小結(jié)：1自動操舵系統(tǒng)是按船舶對航向的偏離程度來控自動操舵系統(tǒng)是按船舶對航向的偏離程度來控制船舶的航跡，其操舵系統(tǒng)實踐上是在隨動操舵的根制船舶的航跡，其操舵系統(tǒng)實踐上是在隨動操舵的根底上省去手輪，加上航向反響而構(gòu)成的。底上省去手

5、輪，加上航向反響而構(gòu)成的。2系統(tǒng)的調(diào)理對象是船舶，被調(diào)理量是航向。系統(tǒng)的調(diào)理對象是船舶，被調(diào)理量是航向。3自動操舵系統(tǒng)為典型的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)：自動操舵系統(tǒng)為典型的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)： 內(nèi)環(huán)是舵角反響，實現(xiàn)舵角的自動跟隨。內(nèi)環(huán)是舵角反響，實現(xiàn)舵角的自動跟隨。 外環(huán)是航向反響，實現(xiàn)對船舶偏航的自動調(diào)整。外環(huán)是航向反響，實現(xiàn)對船舶偏航的自動調(diào)整。1比例舵比例舵以船舶偏航角以船舶偏航角的大小按比的大小按比例給偏舵角例給偏舵角，即，即K1(KP)為比例系數(shù)，負(fù)號表為比例系數(shù)，負(fù)號表示偏舵的方向是消除偏航。示偏舵的方向是消除偏航。 K1過小，不能產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)船力過小，不能產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)船力矩，回轉(zhuǎn)性能不好。矩，

6、回轉(zhuǎn)性能不好。 K1過大，使船回轉(zhuǎn)過頭，穩(wěn)定性過大，使船回轉(zhuǎn)過頭，穩(wěn)定性變壞，還會降低航速。變壞，還會降低航速。 與與B隨時間變化的曲線隨時間變化的曲線 1k Pk K1是根據(jù)船舶載分量、天氣情況進(jìn)展調(diào)整，是根據(jù)船舶載分量、天氣情況進(jìn)展調(diào)整，K1 =0.54；1比例舵比例舵以船舶偏航角以船舶偏航角的大小按比的大小按比例給偏舵角例給偏舵角，即，即K1(KP)為比例系數(shù)，負(fù)號表為比例系數(shù)，負(fù)號表示偏舵的方向是消除偏航。示偏舵的方向是消除偏航。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1因風(fēng)浪引起偏航時，比例舵具有糾正偏航因風(fēng)浪引起偏航時，比例舵具有糾正偏航的才干。的才干。2采用比例舵會使船舶沿著航向左右搖擺，采用比例舵會使船舶

7、沿著航向左右搖擺，船舶航跡呈船舶航跡呈S型振蕩，衰減很慢。型振蕩，衰減很慢。3控制簡單，精度差，系統(tǒng)穩(wěn)定性差?？刂坪唵危炔?，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。 與與B隨時間變化的曲線隨時間變化的曲線 1k Pk 2比例比例微分舵微分舵以船舶偏航角以船舶偏航角和偏航角速度和偏航角速度d / d t按比例給出偏舵角按比例給出偏舵角,即即K2(KD)是微分系是微分系數(shù)。數(shù)。dtdkk21參與微分環(huán)節(jié)后使得系統(tǒng)具有參與微分環(huán)節(jié)后使得系統(tǒng)具有“超前的校正控制造用。超前的校正控制造用。提高系統(tǒng)的靈敏度。提高系統(tǒng)的靈敏度。通常所說的糾偏舵、穩(wěn)舵角或反舵角等均指微分舵作用。通常所說的糾偏舵、穩(wěn)舵角或反舵角等均指微分舵作用。P

8、Ddkkd t 比例微分舵角及其合成曲線比例微分舵角及其合成曲線 比例作用比例作用微分作用微分作用共同作用共同作用偏航角偏航角偏航角微分偏航角微分12dkkd t 擺動很有益處，使航向偏擺迅速擺動很有益處，使航向偏擺迅速減小，從而船舶較快穩(wěn)定在正航減小，從而船舶較快穩(wěn)定在正航向上。向上。比例微分舵角及其合成曲線比例微分舵角及其合成曲線 比例系數(shù)比例系數(shù)K1與微分系數(shù)與微分系數(shù)K2選擇不當(dāng)，也將影響航行質(zhì)量。選擇不當(dāng)，也將影響航行質(zhì)量。 當(dāng)載荷添加而船速減慢時，相當(dāng)載荷添加而船速減慢時，相對于對于K1，把，把K2的值調(diào)得過小的值調(diào)得過小(大比例小微分大比例小微分)，那么比例舵，那么比例舵的效果就

9、比微分舵的效果大，的效果就比微分舵的效果大，所以船舶以正航向為中心，左所以船舶以正航向為中心，左右搖擺，逐漸衰減，最后停頓右搖擺，逐漸衰減，最后停頓在正船向上，如下圖。在正船向上，如下圖。 偏航偏航比例一微分舵對偏航角的影響比例一微分舵對偏航角的影響 12dkkd t 反過來，相對反過來，相對K1把把K2調(diào)得過調(diào)得過大大(小比例大微分小比例大微分) ，那么微分，那么微分舵的效果更明顯，因此航向不舵的效果更明顯，因此航向不發(fā)生搖擺，航跡呈現(xiàn)過阻尼景發(fā)生搖擺，航跡呈現(xiàn)過阻尼景象，船舶長時間不能恢復(fù)正航象，船舶長時間不能恢復(fù)正航向。如下圖。向。如下圖。 在不同的航行工況下，如何適中選擇在不同的航行工

10、況下，如何適中選擇K1和和K2數(shù)值，數(shù)值，需經(jīng)過實際，經(jīng)常是靠閱歷來調(diào)整需經(jīng)過實際，經(jīng)常是靠閱歷來調(diào)整K1和和K2。 比例一微分舵對偏航角的影響比例一微分舵對偏航角的影響 12dkkd t 3比例比例微分微分積分舵積分舵其調(diào)理規(guī)律是以船舶偏航角其調(diào)理規(guī)律是以船舶偏航角 、偏航角速度、偏航角速度d / d t和偏航和偏航角的積分角的積分d t按比例給出偏舵角按比例給出偏舵角，即，即K3(KI)是積分系數(shù)。是積分系數(shù)。dtkdtdKK321積分環(huán)節(jié)的作用在于消除船舶由于船型不對稱、螺旋槳不對積分環(huán)節(jié)的作用在于消除船舶由于船型不對稱、螺旋槳不對稱或船舶單側(cè)風(fēng)、水流的影響使偏航角在不靈敏區(qū)所引起的稱或

11、船舶單側(cè)風(fēng)、水流的影響使偏航角在不靈敏區(qū)所引起的橫向挪動間隔。不靈敏區(qū)是在橫向挪動間隔。不靈敏區(qū)是在較小時，自動舵是不調(diào)理較小時，自動舵是不調(diào)理的的PDIdKKkdtdt 假設(shè)由于某種緣由引起船舶的瞬時偏假設(shè)由于某種緣由引起船舶的瞬時偏航，后來立刻消逝，由于作用時間短，航，后來立刻消逝，由于作用時間短，不影響整個航向，所以對其平均航向不影響整個航向，所以對其平均航向沒有偏移，無需發(fā)出校正動舵信號，沒有偏移，無需發(fā)出校正動舵信號，如圖如圖(a)所示。所示。 有時候在船舶給定的航向兩側(cè)均勻搖有時候在船舶給定的航向兩側(cè)均勻搖擺，經(jīng)過比較長的時間后，其平均航擺，經(jīng)過比較長的時間后，其平均航向仍在正航向

12、上，因此也無需使舵動向仍在正航向上，因此也無需使舵動作，如圖作，如圖(b)所示。所示。 只需當(dāng)船舶在偏航死區(qū)內(nèi)左右搖擺不只需當(dāng)船舶在偏航死區(qū)內(nèi)左右搖擺不均勻，平均航向如圖均勻，平均航向如圖(c)所示偏離正航所示偏離正航向一側(cè)，且又繼續(xù)了很長一段時間，向一側(cè)，且又繼續(xù)了很長一段時間，于是偏航積分環(huán)節(jié)發(fā)出信號，予以校于是偏航積分環(huán)節(jié)發(fā)出信號，予以校正。正。 圖圖(d)所示為平均航向發(fā)生偏移，積分所示為平均航向發(fā)生偏移，積分校正器任務(wù)后，船舶前往正航向的情校正器任務(wù)后，船舶前往正航向的情況。況。自動舵雖能糾偏使船舶前往正自動舵雖能糾偏使船舶前往正航向，但對船舶的橫向漂移卻航向，但對船舶的橫向漂移卻無

13、能為力。可利用無能為力?？衫肎PS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)來實現(xiàn)航線控制。來實現(xiàn)航線控制。l“比例微分積分調(diào)理系統(tǒng)是比較完善的自動舵，但比例微分積分調(diào)理系統(tǒng)是比較完善的自動舵，但系統(tǒng)構(gòu)造較復(fù)雜。有的自動舵以系統(tǒng)構(gòu)造較復(fù)雜。有的自動舵以“壓舵環(huán)節(jié)了替代上述壓舵環(huán)節(jié)了替代上述的積分環(huán)節(jié)，從而使控制系統(tǒng)得到簡化。的積分環(huán)節(jié)，從而使控制系統(tǒng)得到簡化。l所謂所謂“壓舵，指的是船舶航行遭到繼續(xù)的單側(cè)橫向力的壓舵，指的是船舶航行遭到繼續(xù)的單側(cè)橫向力的干擾如風(fēng)浪、推進(jìn)器、船舶裝載不對稱等，使船舶構(gòu)干擾如風(fēng)浪、推進(jìn)器、船舶裝載不對稱等，使船舶構(gòu)成向某一側(cè)的小偏航。估計這種情況能夠發(fā)生，那么在自成向某一側(cè)的小偏航。估計

14、這種情況能夠發(fā)生，那么在自動舵放大環(huán)節(jié)的輸入端參與某一極性的固定信號，這樣產(chǎn)動舵放大環(huán)節(jié)的輸入端參與某一極性的固定信號，這樣產(chǎn)生一個相應(yīng)的固定偏舵角，對船舶構(gòu)成一個固定的轉(zhuǎn)船力生一個相應(yīng)的固定偏舵角，對船舶構(gòu)成一個固定的轉(zhuǎn)船力矩，用以平衡單側(cè)橫向干擾力。這一固定大小的舵角稱之矩，用以平衡單側(cè)橫向干擾力。這一固定大小的舵角稱之為壓舵角。為壓舵角。 4 4壓舵調(diào)理積分調(diào)理即壓舵調(diào)理積分調(diào)理即K3K3要適宜要適宜5 5航向調(diào)理航向調(diào)理 偏航信號發(fā)送器、隨動信偏航信號發(fā)送器、隨動信號發(fā)送器和舵角反響信號發(fā)送號發(fā)送器和舵角反響信號發(fā)送器都是控制式自整角機(jī)。它們器都是控制式自整角機(jī)。它們單機(jī)運(yùn)用，其定子的

15、單相激磁單機(jī)運(yùn)用，其定子的單相激磁繞組接到繞組接到110V的單相電源，轉(zhuǎn)的單相電源，轉(zhuǎn)子的三相整步繞組只聯(lián)接其中子的三相整步繞組只聯(lián)接其中的兩相作出輸出繞組，轉(zhuǎn)軸分的兩相作出輸出繞組，轉(zhuǎn)軸分別由羅經(jīng)接納機(jī)分羅經(jīng)、別由羅經(jīng)接納機(jī)分羅經(jīng)、操舵手輪或舵柱經(jīng)過機(jī)械傳動操舵手輪或舵柱經(jīng)過機(jī)械傳動安裝帶動。自整角機(jī)處于協(xié)調(diào)安裝帶動。自整角機(jī)處于協(xié)調(diào)位置時，無輸出。位置時，無輸出。 此電路的任務(wù)條件是：此電路的任務(wù)條件是： 元件對稱，電橋平衡，參考電壓遠(yuǎn)大于信號電壓元件對稱，電橋平衡，參考電壓遠(yuǎn)大于信號電壓UrefUs，且頻率一樣。且頻率一樣。uref+uref_+_+_+_+_us0uRRr272829R

16、fD2D5D3D4rrr下級輸入下級輸入電阻電阻2910()0refSfuui ri RR320refSuui Ri r03()0fi RRi R1032iiiiurefD3urefuSD2+_+_+_27281i2irrR0uR3i0iRf03()fRRiiR02()refSfuuRRiir0010()()frefSfRRiuuRRiiiRrUs在正半周：在正半周：0000000000000000()()()()0()()()0()22 ()0()()2 ()22 ()(2)2 (frefSfrefSffrefSrefSfffSffffSffRRiuuRRiuuiri RRRrRRriuui

17、 ruuRRii RRRRRriui ri RRRRRrirRRRrR RRui ri RRiRRrRRR Ri000)2(2)2 ()2(2)2 ()fSffffSffRRRiurRRR RRRRui RurRRR RRurefD5urefuSD4+_+_+_2729281i2irrR0uR3i0iRf10()0refSfuui ri RR320refSuui Ri r03()0fi RRi R1032iiii03()fRRiiR02()refSfuuRRiir0010()()frefSfRRiuuRRiiiRr0000000000000000()()()()0()()()0()22 ()0

18、()()2 ()22 ()(2)frefSfrefSffrefSrefSfffSffffSffRRiuuRRiuuiri RRRrRRriuui ruuRRii RRRRRriui ri RRRRRrirRRRrR RRui ri RRiRRrRRi0002 ()2(2)2 ()2(2)2 ()fSffffSffR RRRRiurRRR RRRRui RurRRR RRurefuS0u 相敏電路的輸出電壓與參考電壓無關(guān)，其輸出電壓的大小與輸相敏電路的輸出電壓與參考電壓無關(guān)，其輸出電壓的大小與輸入電壓成正比入電壓成正比 ，輸出電壓的極性取決于輸入電壓的相位，即船舶偏，輸出電壓的極性取決于輸入電壓的相位，即船舶偏離航向的方向。離航向的方向。3 3當(dāng)當(dāng)U