第十章 船舶舵機電力拖動

第十章船舶舵機的電力拖動與控制§10—1.舵機的電力拖動與控制的基本要求§10—2.操舵方式及其基本工作原理§10—3.自動舵的基本類型及其調節(jié)規(guī)律§10—4.自動舵系統基本工作原理學習第十章應該注意的點第十章學習應注意的幾個問題：1.對船舶舵機有什么基本要求？2.有幾種操舵方式？3.各種操舵方式有什么特點？4.自動舵是怎樣工作的？5.自動舵有幾種調節(jié)規(guī)律？各種調節(jié)規(guī)律分別起什么作用？相對比較難的點：1.各種操舵方式的工作原理；2.自動舵各種調節(jié)規(guī)律的特點?！?0—1.舵機的電力拖動與控制的基本要求電動-機械舵機：分為兩類：⑴.電動-機械；⑵.電動-液壓。舵機裝置的分類：工作過程：電動機通過連軸節(jié)帶動蝸桿蝸輪轉動，并通過主動齒輪帶動扇形齒輪，再經過緩沖彈簧轉動舵柄（在扇形齒輪下面，通過彈簧推動），從而使舵柱和舵葉偏轉。

作用：蝸桿蝸輪傳動——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舵葉的沖擊力，防止傳動裝置受到損傷。系統組成：一般采用G—M系統。對舵機裝置的要求：電動-液壓舵機：系統組成：恒速電動機拖動雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅動液壓油缸。工作過程：當一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時，推動撞桿（活塞）移動，從而帶動舵柄，舵柱和舵葉偏轉。

基本要求三可靠：1.供電；2.電動機運行；3.控制系統——要可靠。供電：采用雙路供電，兩路分離較遠的饋電線，一路經應急配電板。電動機：機械特性軟（抗沖擊），轉矩大（35°-30°，28秒），能承受1分鐘的堵轉。控制系統：至少兩個操作站（由轉換開關切換，防止同時操作），有三種操舵方式（手動、隨動、自動）。[第一節(jié)要點]：舵機的分類、特點；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；2.隨動；3.自動。單動操舵工作原理：單動（香蕉柄）操舵就是應急操舵。方法：手扳舵轉，復零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。隨動操舵工作原理：隨動操舵，又叫“舵輪操舵”。隨動——舵葉隨著舵輪轉動。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：是負反饋調節(jié)系統。以舵角和舵輪的偏差控制電動機。操舵過程：舵輪向右轉過一個角度α，電位器R1的滑動點移動，電橋失去平衡，放大器輸入信號>0，發(fā)電機輸出電壓使電動機順時針方向轉動，使舵葉向右偏轉。同時舵角反饋同步傳遞機構帶動反饋電位器R2的滑動點不斷向a’點移動。當電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時，放大器輸入=0，電動機停轉，舵葉處于右舵與舵輪轉動相對應的角度上?；囟孢^程相似，只是放大器輸入變反，電動機反轉，舵葉回偏。自動操舵工作原理：自動操舵，實際上是自動航向保持儀。組成原理：利用電羅經檢測船舶實際航向α，然后與給定航向K°進行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號，使操舵裝置動作，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。線路分析：最簡單的電動操舵線路的工作過程見。下圖[第二節(jié)要點]：操舵方式（種類、原理）；自動操舵儀的組成原理。說明：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舵，對舵葉的調節(jié)規(guī)律是不同的?；绢愋停夯绢愋停鹤詣佣娴幕绢愋汀侵赴床俣娴囊?guī)律分類的（也就是舵的偏轉規(guī)律）類型，而不是舵機裝置的類型。自動舵方框圖：§10—3.自動舵的基本類

型及其調節(jié)規(guī)律調節(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-微分關系：β=-（K1φ+K2dφ/dt）——K2為微分系數。比例-微分舵：偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例關系：β=-K1φ——K1為比例系數，負號表示與偏航方向相反。特點：機構簡單，航行保持精度較差，船舶營運經濟性較差（會出現S形航跡）。偏航初期，偏航角的變化率較大，比例-微分舵能夠及時地給出大的偏舵較，有效地阻止船舶的偏航（最大偏航角較?。?；回航過程中，偏航角的變化率變?yōu)樨撝?，能夠適時地給出反舵角，阻止船舶反向偏航?！苡行ё柚狗聪蚱?。

主要特點：具有“超前校正”的控制作用，減小船舶航向的振蕩，減輕舵機負擔，增加航速，提高系統靈敏度和船舶的營運效益。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；回航過程中船舶具有慣性，偏舵角不能及時減小，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。比例-微分舵：可以減小最大偏航角，克服回航時的反向偏航。微分系數不能太大，否則容易造成不穩(wěn)定。比例-微分-積分舵：能夠產生“自動壓舵”調節(jié)，克服不對稱偏航。組成：比例-微分-積分舵是在比例-微分舵的基礎上增加積分環(huán)節(jié)。積分環(huán)節(jié)的作用是克服不對稱偏航?！狵3是積分系數。不對稱偏航的產生：所謂不對稱偏航，就是某舷（側）的偏航角持續(xù)的時間比另一舷（側）的偏航角持續(xù)的時間長?！b載不對稱，斜向風的持續(xù)影響，斜向海潮的持續(xù)影響?！獙τ诰哂须p螺旋槳推進的船舶，螺旋槳推進的不平衡也會產生不對稱偏航。積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對偏航持續(xù)時間進行累積，當某舷（側）偏航持續(xù)的時間比另一舷（側）持續(xù)時間長時，則環(huán)節(jié)輸出的信號（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個信號將通過執(zhí)行機構使舵葉維持在一定的偏轉角度上，從而使船舶具有克服單向偏航的能力。操舵規(guī)律特點比較：[第三節(jié)要點]：自動舵的基本類型；各種調節(jié)規(guī)律的性能、特點?！?0—4.自動舵系統基本工作原理PID自動舵系統工作原理：PID自動舵概述：具有比例、微分和積分調節(jié)作用的自動舵稱為PID自動舵。這種PID舵實際上是航向保持儀，不能實現航跡的自動跟蹤。而且，在不同的海況下，比例、微分、積分等參數需要人為地進行調節(jié)，才能達到比較滿意的調節(jié)效果。PID自動舵原理：電羅經和自整角機將船舶的實際航向和給定航向比較，得到偏航信號經發(fā)訊器2和相敏整流器整流后送到靈敏度調節(jié)器，再經過比例、微分和積分環(huán)節(jié)（5、6和13）調節(jié)后，由放大器8和功率放大器9進行放大，送給執(zhí)行機構10對舵機進行調節(jié)控制。自適應舵的基本概念和調節(jié)原理：定義：通過計算機將所有檢測信號進行處理，分類：可分為兩類：自校正控制系統和模型參考自適應控制系統。自校正控制系統：自動校正系統的控制參數，使性能指標接近最優(yōu)。模型參考控制系統：設計一個理想（最優(yōu)）的參考模型，計算機根據實際檢測，實現接近該理想模型的控制規(guī)律。說明：自適應舵的具體工作原理分析需要較深的基礎知識。因此，本節(jié)只要求了解基本概念即可。[第四節(jié)要點]：自適應舵的概念和類型。使舵機按照給定航線進行操舵的自動舵稱為自適應舵。自適應舵可以自動對航線進行判別，可以自動修正內部參數（例如比例系數等）以適應船舶的各種狀態(tài)或海況。第十章各節(jié)要點各節(jié)要點：第一節(jié)：舵機的分類、特點；基本要求。第二節(jié)：操舵方式（種類、原理）；自動操舵儀的組成原理。第三節(jié)：自動舵基本類型；各種