第二章 船舶电机与电力拖动系统(9)

操舵过程：见下图
第二章 船舶电机与电力拖动系统
§6-7.3自动舵的基本类型及 其调节规律
主要内容
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
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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。
§6-7.4自动舵系统基本工作原理
主要内容有两部分
1.PID自动舵系统的工作原理 2.适应舵的基本概念和调节原理 这两部分的主要要求是了解各自的有关概念
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一、PID自动舵系统工作原理
概述：具有比 PID自动舵原理：电罗经和自整角机将船 例、微分和积分调 舶的实际航向和给定航向比较，得到偏航信号 节作用的自动舵称 经发讯器2和相敏整流器整流后送到灵敏度调 为PID自动舵。这种 节器，再经过比例、微分和积分环节（5、6和 PID舵实际上是航向 13）调节后，由放大器8和功率放大器9进行放 保持仪，不能实现 大，送给执行机构10对舵机进行调节控制。 航迹的自动跟踪。 而且，在不同的海 况下，比例、微分、 积分等参数需要人 为地进行调节，才 能达到比较满意的 调节效果。
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§6-7.1 舵机的电力拖动与控制 的基本要求
主要内容有两个部分
1.舵机装置： 主要掌握舵机的分类特点。 2.电力拖动与控制的基本要求： —— 三个方面 供电、电动机、控制系统
一、舵机装置
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。
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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。
第二章 船舶电机与电力拖动系统 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见。
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自适应舵说明
自校正控制系统： 自动校正系统的控制参数，使性能指标接近最优。 模型参考控制系统： 设计一个理想（最优）的参考模型，计算机根据实际检 测，实现接近该理想模型的控制规律。 说明：具体 工作原理分析需 要较深基础知识。 因此，本节只做 一般了解。
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§1.1 直流电机的结构、励磁方式与运行特性
§1.2 变压器 §1.3 交流异步电动机 §1.4 控制电机及其在船舶上的应用 §1.5 船舶常用控制电器
§1.6 异步电动机常用控制电路
§1.7 锚机、绞缆机电力拖动控制系统 §1.8 起货机电力拖动控制系统 §1.9 船舶舵机控制系统
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偏航与操舵
自动舵方框图ຫໍສະໝຸດ 第二章 船舶电机与电力拖动系统
比例舵
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。
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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。
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§6-7.2操舵方式及其基本工作原理
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主要内容有三个部分
—— 即三种操舵方式的工作原理，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
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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。
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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。
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舵机装置分为两类： ⑴.电动 - 机械；⑵.电动 - 液压。
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。
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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。
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对舵机装置的要求
基本要求：—— 三可靠。 1.供电；2.电动机运行；3.控制系统——都要可靠 。 供电： 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。 电动机： 机械特性软（抗冲击），转矩大（35°- 30°，28秒）， 能承受1分钟的堵转。 控制系统： 至少两个操作站（由转换开关切换，防止同时操作）， 有三种操舵方式（手动、随动、自动）。
原理：转换开关改变发电机励磁方 电动机励磁不变。 向，从而使电动机反转。
第二章 船舶电机与电力拖动系统 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。
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二、自适应舵的基本概念和调节原理
定义：通过计算机将所有检测信号进行 处理，使舵机按照给定航线进行操舵的自动 舵称为自适应舵。自适应舵可以自动对航线 进行判别，可以自动修正内部参数（例如比 例系数等）以适应船舶的各种状态或海况。 分类：——可分为两类 自校正自适应控制系统和模 型参考自适应控制系统。