2.9船舶舵机控制系统

第九节船舶舵机控制系统教学要求（本节考纲不作要求）了解船舶舵机对电力拖动控制设备的要求，理解自动操舵的工作原理，掌握比例舵、微分舵、积分舵的调节规律。2.9.1船舶舵机控制系统的基本要求2.9.2舵机的操纵方式2.9.3舵机控制系统的结构组成2.9.4舵机控制系统的工作原理转船力矩：T=F2·L舵机装置舵机装置由操舵装置、执行电动机、传动机构和舵叶四部分组成。按传动机构分：1．电动—机械舵机装置电动机通过齿轮转动带动舵叶2．电动—液压舵机装置电动机通过液压系统转动带动舵叶舵机装置分为两类：⑴.电动-机械；⑵.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，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再经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。系统组成：——一般采用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的冲击力，防止传动装置受到损伤。电动—液压舵机装置系统组成：恒速电动机（可用普通异步机）拖动双向变量油泵，提供双向的高压油驱动液压油缸。工作过程：当一油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。基本要求：——三可靠。（具体见P书153）1.供电可靠：采用双路供电，两路分离较远的馈电线，其中一路经应急配电板。一、船舶舵机控制系统的基本要求2.电动机运行可靠：①电动液压舵机：普通长期工作制，过载能力强的鼠笼电动机②电动舵机：应能在船舶处于最深航海吃水，并以最大营运航速前进时，将舵自任一舷的35°转至另一舷的35°，且能在不大于28s的时间内将舵自任何一舷的35°转至另一舷的30°。舵机电动机有软的机械特性和足够大的过载能力，堵转时间应能持续1min以上，仍不致将电动机烧坏。3．控制系统要可靠（1）应有驾驶台和舵机舱两个以上控制站、并设转换开关防同时操作。（2）设有自动、随动、应急三种操舵。（3）应设舵叶偏转限位开关，失压报警，自动操舵极限角自动报警。二、舵机的操纵方式三种操舵方式，主要掌握它们的作用、特点和工作原理。1.单动操舵工作原理2.随动操舵工作原理3.自动操舵工作原理单动（香蕉柄）操舵：——在海船上就是应急操舵。方法：手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。——人看分罗经和舵角指示器操舵。原理：转换开关改变发电机励磁方向，从而使电动机反转。1、单动操舵工作原理（应急操舵）电动机励磁不变。性质：1．操舵手柄或舵轮位置不与舵叶位置相对应，要用舵角指示器才能知道舵叶所转角度。2．操舵手柄向某一方向，电动机拖动舵叶向相应方向，手柄回零，舵叶固定在某一角度。3．要使舵叶回到中间位置，手柄反向。4．太平舵：手直接板动舵叶。随动操舵，又叫“舵轮操舵”。随动——舵叶随着舵轮转动。方法：左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。原理：是负反馈调节系统。以舵角和舵轮的偏差控制电动机。操舵过程：舵轮向右转过一个角度α，电位器R1的滑动点移动，电桥失去平衡，放大器输入信号0，发电机输出电压使电动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角反馈同步传递机构带动反馈电位器R2的滑动点不断向a’点移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角度上。回舵过程相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。2、随动操舵工作原理自动操舵：实际上是自动航向保持仪。组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向α，然后与给定航向K°进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见图。操舵过程：见下图3、自动操舵工作原理自动舵的基本类型及其调节规律1.自动舵的基本类型：——三种比例、比例-微分、比例-微分-积分2.三种自动类型的作用和特点自动舵方框图自动操舵基本类型定义：自动舵的基本类型是指按操舵的规律分类的（也就是舵的偏转规律）类型，而不是舵机装置的类型。三种基本类型：⑴.比例舵；⑵.比例-微分舵；⑶.比例-微分-积分舵。说明：不同基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同的。偏航与操舵1、比例舵（P舵）比例舵操舵的规律是：偏舵角β的大小与偏航角φ的大小成比例关系，即：β=-K1φ其中：K1为比例系数，负号表示与偏航方向相反。特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现S形航迹）。比例舵的不足：偏航初期偏舵角较小，不能很快阻止船舶继续偏航；回航过程中船舶具有惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。比例-微分舵操舵的规律是：偏舵角β的大小与偏航角φ的大小成比例-微分关系，即：β=-（K1φ+K2dφ/dt）其中：K1为比例系数，K2为微分系数。说明：偏航初期，偏航角变化率大，比例-微分舵能及时给出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角较小）；回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。微分舵又叫纠偏舵、稳舵角或反舵角。2、比例-微分舵（PD舵）3、比例-积分-微分舵（PID舵）组成：是在比例-微分舵基础上增加积分环节。积分环节作用是——克服不对称偏航。K3是积分系数。不对称偏航的产生：不对称偏航是某舷（侧）的偏航角持续时间比另一舷（侧）偏航角持续时间长。原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持续影响。——对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。积分环节工作原理：积分环节可以对偏航持续时间进行累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持续时间长时，通过环节输出的信号（偏舵角）将继续保持，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，从而使船舶具有克服单向偏航的能力。也叫压舵，可提高保持正航向精确度。比例舵：可以克服偏航，但容易形成S形航迹，航程较长。比例-微分舵：可以减小最大偏航角，克服回航时的反向偏航。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。比例-微分-积分舵：能够产生“自动压舵”调节，克服不对称偏航。[要点]：自动舵的基本类型；各种调节规律的性能、特点。操舵定律特点比较自动操舵系统基本要求：1、自动操舵性能良好2、具有必要的调节装置①灵敏度调节②舵角比例调节③反舵角调节④压舵调节⑤航向调节3、应设有随动、单动等操舵设备