第6章_6.7自动操舵控制系统

比例-微分-积分舵
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。
1 2
dt
3

C 给出的。 其中φ：偏航角，即PID舵。通常所说的“纠偏舵、稳舵角”效果是该式中______ A．比例项 B．积分项 C．微分项 D．比例、积分两项共同作用 1305.某舵机控制规律为：舵角 d ( K 1 K 2 K 3 dt ) d t ，其中φ:偏航角。它属于______ D 。 A．P舵 B．PI舵 C．PD舵 D．PID舵 B 。 1307.偏舵角与偏航角及偏航角速度成比例的自动舵属于______ A．比例舵 B．比例-微分舵 C．比例-微分-积分舵 D．比例-积分
二、舵机操舵方式、类型、工作原理
单动操舵工作原理
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。
随动操舵工作原理
随动操舵，又叫“舵轮操舵”。 随动 —— 舵叶随着舵轮转动 。 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’ 方法：左偏航操右舵，舵轮操右几 点移动。当电桥重新处于新的平 度，舵叶右偏几度（右偏也相似）。 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 回舵过程相似，只是放大器输入变 反，电动机反转，舵叶回偏。 动相对应的角度上。
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
自动舵方框图
Βιβλιοθήκη Baidu例舵
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。
对舵机装置的要求
我国《钢质海船入级与建造规范》根据《国际海上人命安全公约（SOLAS公约）的
规定，对于从事于 国际航行的大于500 总吨的货船或仅从事于非国际沿海航行的大
于1600总吨的货船的舵机提出了明确要求，基本技术要求如下： 1．每艘船舶均应设置1 套主操舵装置和1 套辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操 舵装置的布置，应满足当其中一套发生故障时不致引起另一套也失效；如主操舵装 置具有2台或2台以上相同的动力设备则在下列条件下可不设置辅助操舵装置： ①对于客船，当任一台动力设备不工作时，主操舵装置仍能按本规定进行操舵； ②对于货船，当所有动力设备都工作时，主操舵装置能按本规定进行操舵； ③主操舵装置应布置成当其管系或一台动力设备发生单项故障时此缺陷能被隔离， 使操舵能力能够保持或迅速恢复。
操舵定律特点比较
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。
1283.舵机的电力拖动系统应设置至少 A ______个控制站（台）；其控制系统应保证各 控制站（台）______同时操作。 A．2/不可以 B．2/可以 C．3/可以 D．1/不可以 D______。 1284.下列对船舶舵机的电力拖动与控制装置的基本要求的叙述错误的是 A．通常分左、右舷两路馈线方式向舵机供电，其中之一与应急电源相连 B．至少有两个控制站（驾驶台和舵机房），控制站之间装有转换开关 C．当舵叶转至极限位置时，舵机自动停止转舵，防止操舵设备受损 D．从一舷最大舵角转至另一舷最大舵角的时间应不超过60 s C______。 1288.下列关于舵机对电力拖动与控制的要求的诸多说法，正确的 A．应设有专用的柴油发电装置向舵机供电以保证供电可靠 B．电动舵机的拖动电动机不允许发生堵转 C．通常分左、右两舷馈线向舵机供电，其中之一与应急电源相连 D．拖动电动机的过载能力较差 D______。 1291.为保证舵机的工作可靠、操作灵便，自动操舵仪应包括 A．自动、随动和应急三种操舵方式，只能在自动、随动之间选择切换 B．自动、随动和应急三种操舵方式，只能在自动、应急之间选择切换 C．自动、随动和应急三种操舵方式，只能在随动、应急之间选择切换 D．自动、随动和应急三种操舵方式，并能方便地在三者之间选择切换 1295.现船舶出现偏航，若操随动舵，船舶在返回正确航向 B______，操回舵；自动操 舵方式，回舵是______进行的。 A．后/自动 B．过程中/自动 C．过程中/人工 D．后/人工
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。
比例-微分舵
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。 主要特点：具有“超前校正”的控制作用，减小船舶航向的振荡， 减轻舵机负担，增加航速，提高系统灵敏度和船舶的营运效益。
§6-7、自动操舵控制系统
一、舵机装置及自动操舵装置基本要求
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。
1296.对于采用直流G-M系统供电的电动-机械舵机，发电机G采用的励磁方式是______ D 。 A．并励 B．串励 C．他励 D．差复励 C 。 1297.对于电动-液压舵机系统来说，拖动变量油泵的电动机应采用何种型号电机______ A．短时工作制 B．特殊转子结构 C．普通长期工作制 D．允许堵转1 min以上的电机 B 。 1298.驾驶员通过操纵舵轮纠正航向，这实际上是使用舵机的______ A．自动操舵系统 B．随动操舵系统 C．应急操舵系统 D．太平舵 1300.某舵机控制规律为：舵角 ( K K d K dt )
自动操舵工作原理
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。
2．主操舵装置和舵杆：具有足够的强度并能在船舶最大航海吃水和最大营 运前进航速时进行操舵，使舵自任一舷的35°，转至另一舷的35°，且 于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的300所需时间不超过28s。
3．辅助操舵装置： ①具有足够的强度和足以在可驾驶的航速下操纵船舶，并能在应急情况下迅速 投入工作； ②应能在船舶最大航海吃水和以最大营运前进航速的一半但不小于7kn 时进行 操舵，使舵自一舷15°，转至另一舷的15°，且所需时间不超过60s。 4．主、辅操舵装置动力设备： ①当动力源发生故障失效后又恢复输送时能自动再起动； ②能从驾驶室控制使其投入工作； ③任一台操舵装置动力设备的动力源发生故障时，应在驾驶室发出声、光警 报； ④驾驶室与舵机室之间，应设有通信设施； ⑤操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位 开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设 备，应该与转舵机构本身同步而不应与舵机的控制相同步； ⑥舵装置应有保持舵位不动的制动装置。