自动舵

即使这种单侧偏航角度超过灵敏度,但不对称偏航所引 起的偏舵也是不对称的.因此时间长了，船舶也会出现 单侧偏航.实际航海中,通常人为压一个合适的舵角航行， 以纠正单侧偏航。 实现积分控制的方案: 1、电动机积分环节：
UC
UC
U
UI
2、热积分环节：
偏航加热器
UI
积分输出
热敏电阻
UC 电源
3、在舵角反馈回路设置微分环节 R
*
t

1 2
k p
t
三、比例、微分、积分控制的自动操舵 控制方程式：
d k p k D k I dt dt
其中比例和微分控制规律如前所述。这里的积分控制主要 功能是要消除单向航向静差。当这种单向航向偏差出现在 灵敏度以内时，将不会引起动舵。但这种灵敏度以内的小 角度偏航，随着航行时间的增长，将引起船舶较大的偏航。 积分环节的作用就是要将这种小角度偏航进行积累，当积 累的偏航角度超过灵敏度时，给出一个纠偏舵角，此舵角 即为积分舵角。
其方框图如下：
φ* Δφ
PD控制器
β* -
舵机控制器
舵机
β
φ
船舶
舵角反馈
航向反馈
2、在舵角反馈回路设置比例、积分环节
φ* -
Δφ
航向控制器
β* -
舵机控制器
舵机
β
φ
船舶
比例积分
航向反馈
3、“游隙”机构的作用
φ* Δφ
航向控制器
β*
舵机控制器
舵机
β
φ
船舶
-
舵角反馈

航向反馈
主驱轴
从动轴

0
* kU U
+
R
R
U K
- +
U

UC
U K U U U C (U U C ) U
或

M
M
U U UC

UC
四、自动操舵仪中的常用调节环节 1、比例舵角调节 2、反舵角调节（微分舵，制动舵，纠偏舵） 3、灵敏度调节。天气调节。调节规律为：风平浪静， 灵敏度高；大风大浪，灵敏度低。
二、按比例、微分控制的自动操舵
d ( k p k d ) dt
式中，
d d d dt dt dt
*


则，
d k p kd dt

0
*
d dt
t
d kd dt

k p
t
实现比例、微分控制的方案 1、航向控制器为运算放大器组成的比例、微分调节器
第四章 船舶航向自动控制系统
§4-1船舶舵机装置的组成及控制系统分类
一、舵机装置组成 1、操舵装置 2、舵机 3、舵叶 二、控制系统分类 1、直接控制系统或称单舵系统、应急操舵。
2、随动控制系统。
3、自动操舵控制系统，又称自动航向稳定系统。 4、航线自动控制系统，又称航向自适应控制系统
§4-2 船舶航行对舵机装置的要求
6、设舵机失电报警和舵机电动机过载报警，但不设 过载保护。
7、在船舶高速满载情况下，舵应能自一舷35°转至 另一舷35°。且所需时间不超过28秒。辅助舵机小 于60秒。 9、在驾驶台设有舵角指示器，其与操舵指令和实际 舵角的误差＜1°。
10、自动操舵仪应具有自动、随动和应急三种操舵 方式，且能方便转换和相互联锁。 11、舵杆直径>230mm的舵机，45s内提供替代动力； 1万Gt以上工作 30min, 其他工作10min。
§4-3自动操舵的工作原理 一、人工操舵的一般规律
360
270
90
180
二、自动操舵原理及方框图 常规自动操舵通常是指用电罗经或磁罗经检测航向 偏差，在通过航向控制器进行舵角操纵，达到航向 纠偏。其控制方框图如下： φ* Δφ
航向控制器
β* -
舵角控制器
舵机
β
φ
船舶
舵角反馈
航向反馈
§ 4-4 自动舵的执行机构
号，且其极性反映交流信号的相位，大小反映交流
信号的幅值。能完成此功能的整流电路称为相敏整
流电路。
1、环形相敏整流电路
5
+ Eref 6 + Eref R11 7 Ein Rf Uout D6 D5 R12 D3 D4
相敏整流电路分析
条件：参考（调制）电压远大于输入电压 5 正半周
Eref ＋5 Eref 6+
1、舵机装置供电要采用两舷供电方式。其中一路应经由应 急配电板供电。 2、电动舵机的电动机采取连续工作制，有足够的过载能力， 软机械特性，能堵转一分钟。 3、舵机应能在驾驶台和舵机房两个地方控制，由转换开关 转换。 4、应设有舵叶偏转限位开关，一般为±35°。 5、自动操舵时，设有偏航报警，一般为±8°~±10°。
4、航向调节。用于自动航行中改变航向。
5、罗经匹配旋钮。 6、自动、随动、应急操舵转换开关。 7、航向警报消音按钮。
§4-5 自动舵中常用典型电路
一、相敏整流电路 许多自动舵中在用于偏航信号检测和舵角反馈 信号转换时，都采用自整角机作为检测元件。而自
整角机输出信号为交流信号，其相位反映偏航方向，
幅值反映偏航角度。因此，必须将其转换为直流信
二、阀控型液压舵机 使用单向定量油泵，转舵靠驾驶台遥控换向 阀实现，油泵排油回泵的进口或回油箱。 特点：系统简单，造价低；冲击大，可靠性 差，油液发热量大，经济性差。
接电反馈装置
缺点：
1.液压伺服系 统故障率大 2.转换遥控系 统时间长
夜控旁通阀：
旁通、隔断液压缸 油路锁闭阀 驾驶台操 锁闭油路 舵电信号 锁闭备用油路
• 舵机
舵机 [Steering Gear]
一、泵控型液压舵机
防浪阀(双联溢流阀)： 太软：无法转舵 防冲击，沟通高低压油路 储能弹簧 太硬：不起作用
ACB：浮动杆追随机构[Float Hunting Gear]
三点浮杆追随机构原理
作用：加快转舵速度 操纵杆 A A1 A2
变量控制杆
C
C1
反馈杆 B2 B1 B
4、性能： 电源：60V，50/60Hz交流电。
最大舵角：±35°。
转舵速度：舵自一 舷35°转至另一舷 35°。所需时间不超过15秒。 航向选择：360°范围任意选择航向。
二、原理方框图
三、系统原理图
1、随动操舵
2、自动操舵（1）运算电路
（2）开关电路
舵角反馈信号
§4-6 典型线路分析-安修斯自动舵
一、安修斯自动舵的特点及性能 1、属比例、微分、积分型航向控制系统 2、有自动和随动两种操舵方式。无应急操舵。 3、自动和随动操舵系统各自独立。除液压舵机的 控制电磁阀共用外，其信号传递、综合、变换均采 用两个通道，由选择开关进行选择和联锁。提高了 可靠性。
2 RRf Uout if * Rf Ein r( Rf 2 R) 2 R( Rf R)
源自文库
波形
Eref
Ein
Uout
2、整流桥式相敏整流电路
U * +
* E0
U1
* E0
-
3、晶体管调制解调器
4、运算放大器相敏整流电路
二、灵敏度调整电路
偏航信号
三、比例、微分、积分电路
偏航信号输入
安全阀： 伺服 溢流节流阀： 调速
活塞最大输出力
§4-4 自动操舵的控制规律
一、按比例控制的自动操舵
k p
式中 *
Kp随船型而不同，对万吨船来说，一般为2~3， 即偏航1°时，偏舵角为2~3°。比例系数过大， 将使船舶偏航振幅加大。因此比例操舵虽然简 单、可靠，但航向稳定精度较差。当受一舷持 续偏航力矩作用时，不能保证船舶的定向航行。
D4
r i1 R11
Ein
＋ －
if Rf
R12
i3
Eref
D3 D4
-
7
D5
r
i2
6 D6
Eref
D3
D5
r i1 R12 R11 i3 if Rf
R12
Rf
R11
Uout
－5
Eref 6＋ － Eref Ein
－ ＋
7 Ein 负半周
＋
7
D6
r
i2
方程组
• • • • Eref+Ein=i1*r+if(R+Rf) Eref-Ein=i2*r-i3*R i3*R-if(R+Rf) =0 if+i3+i2＝i1