[工學(xué)]第10章 船舶舵機(jī)的電力拖動與控制ppt課件

1、船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室第第10章章 船舶舵機(jī)的電力拖動與控制船舶舵機(jī)的電力拖動與控制 10.1 舵機(jī)電力拖動與控制的根本要求舵機(jī)電力拖動與控制的根本要求10.2 操舵方式及根本任務(wù)原理操舵方式及根本任務(wù)原理 10.3 自動舵的根本類型及其調(diào)理規(guī)律自動舵的根本類型及其調(diào)理規(guī)律 10.4 自動操舵系統(tǒng)根本要求和任務(wù)原理自動操舵系統(tǒng)根本要求和任務(wù)原理 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介本章主要討論船舶舵機(jī)電力本章主要討論船舶舵機(jī)電力拖動與控制的根

2、本類型和控拖動與控制的根本類型和控制原理。制原理。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室 舵是船舶的一種非常重要和不可短少的公用舾舵是船舶的一種非常重要和不可短少的公用舾裝設(shè)備。假設(shè)船沒有舵，或舵失靈，在大海里聽?wèi){裝設(shè)備。假設(shè)船沒有舵，或舵失靈，在大海里聽?wèi){風(fēng)浪擺布。無自動航向的船不僅不能保證航行的平風(fēng)浪擺布。無自動航向的船不僅不能保證航行的平安，而且是不能到達(dá)目的港的。安，而且是不能到達(dá)目的港的。 舵是駕駛?cè)藛T用來堅(jiān)持或改動船舶在水中運(yùn)動舵是駕駛?cè)藛T用來堅(jiān)持或改動船舶在水中運(yùn)動方向的公用設(shè)備。方向的公用設(shè)備。 舵有兩大功能：舵有兩大

3、功能： 一是堅(jiān)持船舶預(yù)定航向的才干，稱為航向穩(wěn)定性；一是堅(jiān)持船舶預(yù)定航向的才干，稱為航向穩(wěn)定性； 二是改動船舶運(yùn)動方向的才干，稱回轉(zhuǎn)性。二是改動船舶運(yùn)動方向的才干，稱回轉(zhuǎn)性。 通常把二者統(tǒng)稱為船舶的支配性。通常把二者統(tǒng)稱為船舶的支配性。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室F-F1 F-F1 轉(zhuǎn)船力矩轉(zhuǎn)船力矩,T - ,T - 橫向推力橫向推力,R - ,R - 阻力阻力在船舶重心上加一對大小等于在船舶重心上加一對大小等于F F，方向相反的力，方向相反的力F1F1、F2F2FL -FL -升力升力FD -FD -阻力阻力F -F -

4、水作用力水作用力機(jī)翼實(shí)際機(jī)翼實(shí)際轉(zhuǎn)舵效應(yīng)轉(zhuǎn)舵效應(yīng): :(1)(1)轉(zhuǎn)向：轉(zhuǎn)向：MsMs(2)(2)制動：制動：R R(3)(3)漂移：漂移：T T(4)(4)縱傾、橫傾?？v傾、橫傾。水流動壓力水流動壓力P P對船舶的影響：對船舶的影響：船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室最大舵角：最大舵角：隨著舵角的增大，轉(zhuǎn)舵隨著舵角的增大，轉(zhuǎn)舵力矩和轉(zhuǎn)船力矩逐漸增力矩和轉(zhuǎn)船力矩逐漸增大，但轉(zhuǎn)船力矩在某一大，但轉(zhuǎn)船力矩在某一舵角時(shí)到達(dá)最大值舵角時(shí)到達(dá)最大值Msmax。對應(yīng)最大轉(zhuǎn)船。對應(yīng)最大轉(zhuǎn)船力矩力矩Msmax的舵角稱為的舵角稱為最大舵角最大舵角m

5、ax。MsMs maxmaxMsmaxMsmax拖動舵的設(shè)備稱為舵機(jī)拖動舵的設(shè)備稱為舵機(jī)船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室按按要求，電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)能繼續(xù)要求，電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)能繼續(xù)1分鐘分鐘以上，仍不致將電動機(jī)燒毀。要求電動機(jī)具有軟以上，仍不致將電動機(jī)燒毀。要求電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性和足夠大的過載才干。的機(jī)械特性和足夠大的過載才干。1. 供電要可靠供電要可靠從主配電盤到舵機(jī)該當(dāng)用兩路左右舷分別較從主配電盤到舵機(jī)該當(dāng)用兩路左右舷分別較遠(yuǎn)的饋電線對舵機(jī)電動機(jī)供電。其中之一還應(yīng)該遠(yuǎn)的饋電線對舵機(jī)電動機(jī)供電。其中之一還應(yīng)該與應(yīng)急配電盤相

6、連。與應(yīng)急配電盤相連。2. 電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)要可靠電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)要可靠10.1 舵機(jī)電力拖動與控制的根本要求舵機(jī)電力拖動與控制的根本要求船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室舵機(jī)支配系統(tǒng)應(yīng)裝有自動支配系統(tǒng)、隨動支配舵機(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。系統(tǒng)和應(yīng)急支配系統(tǒng)三種支配安裝。3. 控制系統(tǒng)要可靠控制系統(tǒng)要可靠舵機(jī)電力拖動安裝至少有兩個(gè)控制站，駕駛臺和舵機(jī)電力拖動安裝至少有兩個(gè)控制站，駕駛臺和舵機(jī)艙舵機(jī)艙(房房)各一，控制站之間要有轉(zhuǎn)換開關(guān)，以各一，控制站之間要有轉(zhuǎn)換開關(guān)，以防同時(shí)操作。防同時(shí)操作。根

7、據(jù)根據(jù)規(guī)定，當(dāng)采用自動操舵安裝時(shí)，應(yīng)設(shè)規(guī)定，當(dāng)采用自動操舵安裝時(shí)，應(yīng)設(shè)有航向超越允許偏向的偏航自動報(bào)警安裝。有航向超越允許偏向的偏航自動報(bào)警安裝。 4. 舵葉偏轉(zhuǎn)限位維護(hù)和失壓報(bào)警安裝舵葉偏轉(zhuǎn)限位維護(hù)和失壓報(bào)警安裝 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室電動電動機(jī)械舵機(jī)安裝機(jī)械舵機(jī)安裝1-1-電動機(jī)、電動機(jī)、2-2-蝸桿、蝸桿、3-3-蝸輪、蝸輪、4-4-齒輪、齒輪、5-5-舵扇、舵扇、6-6-緩沖彈簧、緩沖彈簧、7-7-舵柄、舵柄、8-8-舵桿頭舵桿頭 電動舵機(jī)多用于內(nèi)電動舵機(jī)多用于內(nèi)燃機(jī)船。由于電動舵燃機(jī)船。由于電動舵機(jī)需求具備較

8、大的起機(jī)需求具備較大的起動力矩和過載才干，動力矩和過載才干，因此普通多采用直流因此普通多采用直流電動機(jī)為驅(qū)動電機(jī)。電動機(jī)為驅(qū)動電機(jī)。10.2 操舵方式及根本任務(wù)原理操舵方式及根本任務(wù)原理 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室 緩沖彈簧既可帶動舵偏轉(zhuǎn)，又可吸收緩沖彈簧既可帶動舵偏轉(zhuǎn)，又可吸收浪流對舵的沖擊力，起緩沖作用以維護(hù)舵浪流對舵的沖擊力，起緩沖作用以維護(hù)舵設(shè)備。設(shè)備。 電動舵機(jī)構(gòu)造簡單、占據(jù)空間小、運(yùn)電動舵機(jī)構(gòu)造簡單、占據(jù)空間小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但在大型交流電源船上，需配大轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但在大型交流電源船上，需配大功率的變流機(jī)組，故逐漸被電

9、動液壓舵機(jī)功率的變流機(jī)組，故逐漸被電動液壓舵機(jī)所替代。所替代。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室液壓舵機(jī)傳動機(jī)構(gòu)舵柱舵柄撞桿油缸電動電動液壓舵機(jī)安裝液壓舵機(jī)安裝(1)(1)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)( (支配系統(tǒng)支配系統(tǒng)) )。駕駛室遙控系統(tǒng)、舵機(jī)室。駕駛室遙控系統(tǒng)、舵機(jī)室機(jī)旁控制系統(tǒng)。駕駛室操舵儀機(jī)旁控制系統(tǒng)。駕駛室操舵儀舵機(jī)室接納器。舵機(jī)室接納器。(2)(2)動力安裝。液壓泵、液壓元件等。動力安裝。液壓泵、液壓元件等。(3)(3)轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)。油缸、撞桿、舵柄等。轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)。油缸、撞桿、舵柄等。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪

10、機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室無論是電動還是液壓舵機(jī)，其操舵方式普通分為無論是電動還是液壓舵機(jī)，其操舵方式普通分為單動操舵，隨動操舵和自動操舵三種。單動操舵，隨動操舵和自動操舵三種。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室單動操舵也就是經(jīng)單動操舵也就是經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)展的過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)展的應(yīng)急操舵。應(yīng)急操舵。G G為差復(fù)勵發(fā)電機(jī)為差復(fù)勵發(fā)電機(jī),M,M為執(zhí)行電動機(jī)為執(zhí)行電動機(jī),J,J是是發(fā) 電 機(jī)發(fā) 電 機(jī) G G 的 勵 磁

11、的 勵 磁機(jī)機(jī),K1,K1和和K2K2為操舵手為操舵手柄或按鈕控制的觸柄或按鈕控制的觸點(diǎn)點(diǎn),ZD1,ZD1和和ZD2ZD2為舵機(jī)為舵機(jī)限位開關(guān)。限位開關(guān)。10.2.1 單動操舵任務(wù)原理單動操舵任務(wù)原理單動舵原理圖單動舵原理圖 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室G-M (F-D)系統(tǒng)的任務(wù)原理系統(tǒng)的任務(wù)原理勵磁機(jī)勵磁機(jī)電動機(jī)電動機(jī)差復(fù)勵差復(fù)勵發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)執(zhí)行執(zhí)行電動機(jī)電動機(jī)船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室單動操舵方框圖單動操舵方框圖 單動操舵的操作方法可以歸納為：手板

12、舵動，復(fù)零單動操舵的操作方法可以歸納為：手板舵動，復(fù)零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。這種操舵方式僅適用于內(nèi)河小型船舶和作為海船這種操舵方式僅適用于內(nèi)河小型船舶和作為海船的應(yīng)急操舵方式。的應(yīng)急操舵方式。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室10.2.1隨動操舵的任務(wù)原理隨動操舵的任務(wù)原理 隨動操舵是按偏向原那隨動操舵是按偏向原那么進(jìn)展調(diào)理的操舵自動么進(jìn)展調(diào)理的操舵自動跟蹤系統(tǒng)，被調(diào)對象是跟蹤系統(tǒng)，被調(diào)對象是舵，被調(diào)理量是舵角。舵，被調(diào)理量是舵角。它具有使舵葉角度與操它具有使舵

13、葉角度與操舵手輪位置自動同步的舵手輪位置自動同步的特點(diǎn)，即操舵手輪轉(zhuǎn)至特點(diǎn)，即操舵手輪轉(zhuǎn)至某一所需角度時(shí)，舵葉某一所需角度時(shí)，舵葉相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)到同一角度相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)到同一角度后自行停頓。后自行停頓。 隨動操舵原理圖電橋式隨動操舵原理圖電橋式 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室船舶左偏航操右舵，舵輪操右舵船舶左偏航操右舵，舵輪操右舵x0，舵葉右偏，并，舵葉右偏，并自動停在右舵自動停在右舵x0上。為了減少形航跡的振幅，船舶上。為了減少形航跡的振幅，船舶在前往正航向過程中，必需回舵。在前往正航向過程中，必需回舵。隨動操舵的方法：隨動操舵的方

14、法：船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室三三.自動操舵任務(wù)原理自動操舵任務(wù)原理：=0，=0自動舵校正航向的任務(wù)過程自動舵校正航向的任務(wù)過程偏航角偏航角偏舵角偏舵角羅經(jīng)羅經(jīng)舵機(jī)舵機(jī)：船右偏：船右偏滾輪左偏滾輪左偏J1有電有電舵左轉(zhuǎn)舵左轉(zhuǎn)導(dǎo)電環(huán)左轉(zhuǎn)導(dǎo)電環(huán)左轉(zhuǎn)很小很小(轉(zhuǎn)船力矩轉(zhuǎn)船力矩小小)，偏航，偏航，同時(shí)舵角，同時(shí)舵角偏航偏航轉(zhuǎn)舵轉(zhuǎn)舵：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，使絕緣塊導(dǎo)電環(huán)追上滾輪，使絕緣塊與滾輪接觸，電動機(jī)停，舵葉停轉(zhuǎn)與滾輪接觸，電動機(jī)停，舵葉停轉(zhuǎn)=max。最大舵角最大舵角：在左

15、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，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，回舵有電，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，回舵。導(dǎo)電環(huán)右轉(zhuǎn)跟隨滾輪運(yùn)動。導(dǎo)電環(huán)右轉(zhuǎn)跟隨滾輪運(yùn)動。回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)：船舶回到給定航向：船舶回到給定航向K K，=0=0，=0=0。回航回航船舶的航跡曲線船舶的航跡曲線船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室反響機(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(gè)導(dǎo)電半圓環(huán)和滾輪所構(gòu)

16、成的部件。：由兩個(gè)導(dǎo)電半圓環(huán)和滾輪所構(gòu)成的部件。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。舵角舵角偏向偏向航向航向偏向偏向要求要求舵角舵角發(fā)送器發(fā)送器油泵油泵轉(zhuǎn)舵油缸轉(zhuǎn)舵油缸舵舵船船舵角反響舵角反響航向反響陀螺儀航向反響陀螺儀設(shè)定設(shè)定航向航向?qū)嵺`舵角實(shí)踐舵角實(shí)踐舵角實(shí)踐舵角實(shí)踐航向?qū)嵺`航向?qū)嵺`航向?qū)嵺`航向船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室10.3 自動舵的根本類型及其調(diào)理規(guī)律自動舵的根本類型及其調(diào)理規(guī)律 船舶運(yùn)用的自動舵類型眾多，究其調(diào)理規(guī)律，船舶運(yùn)用的自動舵類型眾多，究其調(diào)理規(guī)律，有

17、三種根本類型：以船舶偏航角的大小和方有三種根本類型：以船舶偏航角的大小和方向進(jìn)展調(diào)理的比例舵，以船舶偏航角和偏航向進(jìn)展調(diào)理的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向調(diào)理的比例一微分舵和角速度的大小和方向調(diào)理的比例一微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的大小和方向來調(diào)理的比例一微分一積分舵。大小和方向來調(diào)理的比例一微分一積分舵。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室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

18、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)過小，不能產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)船力矩，回轉(zhuǎn)性能不好。船力矩，回轉(zhuǎn)性能不好。K1過大，使船回轉(zhuǎn)過頭，穩(wěn)過大，使船回轉(zhuǎn)過頭，穩(wěn)定性變壞，還會降低航速。定性變壞，還會降低航速。 與與B隨時(shí)間變化的曲線隨時(shí)間變化的曲線 1k Pk 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室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

19、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。PDdkkd t 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室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 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室比例系數(shù)比例系數(shù)K1與微分系數(shù)與微分系數(shù)

20、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)載荷添加而船速減當(dāng)載荷添加而船速減慢時(shí)，相對于慢時(shí)，相對于K1把把K2的值調(diào)得過小的值調(diào)得過小(大比例大比例小微分小微分)，那么比例舵，那么比例舵的效果就比微分舵的的效果就比微分舵的效果大，所以船舶以效果大，所以船舶以正航向?yàn)橹行模笥艺较驗(yàn)橹行?，左右搖擺，逐漸衰減，最搖擺，逐漸衰減，最后停頓在正船向上，后停頓在正船向上，如下圖。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 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室反過來，相對反

21、過來，相對K1把把K2調(diào)調(diào)得過大得過大(小比例大微分小比例大微分) ，那么微分舵的效果更明顯，那么微分舵的效果更明顯，因此航向不發(fā)生搖擺，航因此航向不發(fā)生搖擺，航跡呈現(xiàn)過阻尼景象，船舶跡呈現(xiàn)過阻尼景象，船舶長時(shí)間不能恢復(fù)正航向。長時(shí)間不能恢復(fù)正航向。如下圖。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況下，如何適中選擇K1和和K2數(shù)值，數(shù)值，需經(jīng)過實(shí)際，經(jīng)常是靠閱歷來調(diào)整需經(jīng)過實(shí)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 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研

22、室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、螺旋漿不積分環(huán)節(jié)的作用在于消除船舶由于船型不對稱、螺旋漿不對稱或船舶單側(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)所引起的橫向挪動間隔。不靈敏區(qū)是在起的橫向挪動間隔。不靈敏區(qū)是在較小時(shí)，自動舵較小時(shí)，自動舵是不調(diào)理的是不調(diào)理的PDIdKKkdtdt 船舶電氣設(shè)備及系

23、統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室假設(shè)由于某種緣由引起船舶的瞬時(shí)偏假設(shè)由于某種緣由引起船舶的瞬時(shí)偏航，后來立刻消逝，由于作用時(shí)間短，航，后來立刻消逝，由于作用時(shí)間短，不影響整個(gè)航向，所以對其平均航向不影響整個(gè)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(shí)候在船舶給定的航向兩側(cè)均勻搖有時(shí)候在船舶給定的航向兩側(cè)均勻搖擺，經(jīng)過比較長的時(shí)間后，其平均航擺，經(jīng)過比較長的時(shí)間后，其平均航向仍在正航向上，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。 船

24、舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室只需當(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(shí)間，向一側(cè)，且又繼續(xù)了很長一段時(shí)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

25、漂移卻無能為力?？衫脽o能為力?？衫肎PS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)航線控制。來實(shí)現(xiàn)航線控制。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室“比例微分積分調(diào)理系統(tǒng)是比較完善的自動比例微分積分調(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。有的自動舵以舵，但系統(tǒng)構(gòu)造較復(fù)雜。有的自動舵以“壓舵環(huán)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，所謂化，所謂“壓舵，指的是船舶航行遭到繼續(xù)的單壓舵，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、船舶裝載不對側(cè)橫向力的干擾如風(fēng)浪、推進(jìn)器、船舶裝載不對

26、稱等，使船舶構(gòu)成向某一側(cè)的小偏航。估計(jì)這種稱等，使船舶構(gòu)成向某一側(cè)的小偏航。估計(jì)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)生一個(gè)相應(yīng)的固定與某一極性的固定信號，這樣產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的固定偏舵角，對船舶構(gòu)成一個(gè)固定的轉(zhuǎn)船力矩，用以平偏舵角，對船舶構(gòu)成一個(gè)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為壓衡單側(cè)橫向干擾力。這一固定大小的舵角稱之為壓舵角。舵角。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室10.4 自動操舵系統(tǒng)根本要求和任務(wù)原理自動操舵系統(tǒng)

27、根本要求和任務(wù)原理 10.4.1 自動操舵系統(tǒng)根本要求自動操舵系統(tǒng)根本要求 自動操舵性能良好自動操舵性能良好具有必要的調(diào)理安裝具有必要的調(diào)理安裝靈敏度調(diào)理俗稱天氣調(diào)理靈敏度調(diào)理俗稱天氣調(diào)理舵角比例調(diào)理舵角比例調(diào)理反舵角調(diào)理反舵角調(diào)理(微分微分)壓舵調(diào)理壓舵調(diào)理航向調(diào)理航向調(diào)理應(yīng)設(shè)有隨動、單動等操舵設(shè)備應(yīng)設(shè)有隨動、單動等操舵設(shè)備自動舵還應(yīng)設(shè)有雙電源，雙機(jī)組等換轉(zhuǎn)安裝自動舵還應(yīng)設(shè)有雙電源，雙機(jī)組等換轉(zhuǎn)安裝船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室10.4.1 自動操舵系統(tǒng)的任務(wù)原理自動操舵系統(tǒng)的任務(wù)原理 以國產(chǎn)以國產(chǎn)HQ-5型自動操舵儀為例引

28、見自動舵安裝的構(gòu)造功能型自動操舵儀為例引見自動舵安裝的構(gòu)造功能 1) 系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 HQ5型自動舵系統(tǒng)根本上由駕駛室主操舵臺，型自動舵系統(tǒng)根本上由駕駛室主操舵臺，舵機(jī)房簡易操舵臺，伺服機(jī)構(gòu)，反響安裝和電舵機(jī)房簡易操舵臺，伺服機(jī)構(gòu)，反響安裝和電源箱等組成。它的單動應(yīng)急操舵、隨動操源箱等組成。它的單動應(yīng)急操舵、隨動操舵和自動操舵三種操舵方式，可根據(jù)船舶航行舵和自動操舵三種操舵方式，可根據(jù)船舶航行中的詳細(xì)情況加以擇用。自動操舵采用比例一中的詳細(xì)情況加以擇用。自動操舵采用比例一微分調(diào)理，并設(shè)有壓舵環(huán)節(jié)。微分調(diào)理，并設(shè)有壓舵環(huán)節(jié)。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動

29、化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室2) 信號發(fā)送電路信號發(fā)送電路 偏航信號發(fā)送器，隨動信號發(fā)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)送器都送器和舵角反響信號發(fā)送器都是控制式自整角機(jī)。它們單機(jī)是控制式自整角機(jī)。它們單機(jī)運(yùn)用，其定子的單相激磁繞組運(yùn)用，其定子的單相激磁繞組接到接到110V的單相電源上，轉(zhuǎn)的單相電源上，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

30、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(shí)，無輸出。位置時(shí)，無輸出。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室3) 相敏整流電路相敏整流電路 由偏航信號發(fā)送器，由偏航信號發(fā)送器，隨動信號發(fā)送器和隨動信號發(fā)送器和舵角反響信號發(fā)送舵角反響信號發(fā)送器輸出的交流信號器輸出的交流信號電壓分別送到相敏電壓分別送到相敏整流電路中進(jìn)展整整流電路中進(jìn)展整流檢相。流檢相。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室uref+uref_+_+_+_+_us0uRRr2

31、72829RfD2D5D3D4rrr下級輸下級輸入電阻入電阻船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室urefD5urefuSD2+_+_+_2927281i2iNoImagerr10()0refSfuui ri RR320refSuui Ri r03()0fi RRi R1032iiiiR0uR3i0iRf03()fRRiiR02()refSfuuRRiir0010()()frefSfRRiuuRRiiiRr正半周正半周0000000000000000()()()()0()()()0()22 ()0()()2 ()22 ()(2)2 (

32、frefSfrefSffrefSrefSfffSffffSffRRiuuRRiuuiri RRRrRRriuui ruuRRii RRRRRriui ri RRRRRrirRRRrR RRui ri RRiRRrRRR Ri000)2(2)2 ()2(2)2 ()fSffffSffRRRiurRRR RRRRui RurRRR RR船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室urefD2urefuSD4+_+_+_2729281i2irrR0uR3i0iRf10()0refSfuui ri RR320refSuui Ri r03()0fi

33、RRi R1032iiii03()fRRiiR02()refSfuuRRiir0010()()frefSfRRiuuRRiiiRr負(fù)半周負(fù)半周0000000000000000()()()()0()()()0()22 ()0()()2 ()22 ()(2)frefSfrefSffrefSrefSfffSffffSffRRiuuRRiuuiri RRRrRRriuui ruuRRii RRRRRriui ri RRRRRrirRRRrR RRui ri RRiRRrRRi0002 ()2(2)2 ()2(2)2 ()fSffffSffR RRRRiurRRR RRRRui RurRRR RRure

34、fuS0u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，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。舶偏離航向的方向。船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室4) 信號比較、壓舵環(huán)節(jié)和直流放大電路信號比較、壓舵環(huán)節(jié)和直流放大電路 信號比較電路、差分放大電路、靈敏度調(diào)理電路、壓舵電路信號比較電路、差分放大電路、靈敏度調(diào)理電路、壓舵電路 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及

35、自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室5) 比例調(diào)理電路比例調(diào)理電路 比例舵調(diào)理是經(jīng)過比例舵調(diào)理是經(jīng)過改動舵角反響電壓改動舵角反響電壓的大小來實(shí)現(xiàn)的。的大小來實(shí)現(xiàn)的。自動操舵時(shí)，比較自動操舵時(shí)，比較電路中接入了電阻電路中接入了電阻R44，它和電阻，它和電阻R37、R38、R39構(gòu)成串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)分壓電路。分壓電路。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化教研室6) 微分調(diào)理電路微分調(diào)理電路 HQ5型自動操舵儀中，微分調(diào)理電路是經(jīng)過在舵角反響型自動操舵儀中，微分調(diào)理電路是經(jīng)過在舵角反響信號電路中接入信號電路中接入RC積分電路來實(shí)現(xiàn)主通道的微分調(diào)理的。積分電路來實(shí)現(xiàn)主通道的微分調(diào)理的。 船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng) 2021-11-29課 件輪機(jī)學(xué)院電氣及自動化