船舶舵机装置的自动控制系统介绍
船用舵机原理
船用舵机原理船用舵机是船舶操纵系统中的重要部件，其原理和工作机制对船舶的操纵和安全具有重要影响。
船用舵机是一种能够控制船舶舵角的装置，通过对舵机的控制，船舶可以实现转向、转弯、保持航向等操作。
船用舵机的原理涉及到液压、电气和机械等多个方面的知识，下面将对船用舵机的原理进行详细介绍。
首先，船用舵机的原理涉及到液压传动系统。
液压传动系统是舵机实现舵角控制的关键。
当船舶需要改变航向时，船长或操纵员通过操纵舵机控制系统，向舵机传递指令。
舵机控制系统通过控制液压系统中的液压阀，调节液压系统中的液压油的流动方向和流量，从而控制舵机的运动。
液压传动系统具有传动效率高、动力密度大、动作平稳等优点，能够满足船舶在不同工况下的舵角控制需求。
其次，船用舵机的原理涉及到电气控制系统。
电气控制系统是舵机控制系统的重要组成部分，通过电气控制系统可以实现对舵机的远程控制。
舵机的电气控制系统包括控制器、传感器、执行机构等部件，控制器接收船长或操纵员的指令，并将指令转化为电气信号，传输给舵机的执行机构，从而控制舵机的运动。
传感器用于检测舵机的位置和舵角，将检测到的信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息对舵机进行闭环控制，实现舵角的精确控制。
最后，船用舵机的原理涉及到机械传动系统。
机械传动系统是舵机的动力输出部分，通过机械传动系统可以将液压系统和电气系统提供的动力传递给舵机执行机构，实现舵机的运动。
机械传动系统包括液压缸、传动杆、舵轴等部件，液压缸接收液压系统提供的动力，通过传动杆将动力传递给舵轴，舵轴带动舵叶的转动，从而改变船舶的航向。
机械传动系统具有传动效率高、结构简单、可靠性高等优点，能够满足舵机在恶劣海况下的工作要求。
综上所述，船用舵机的原理涉及到液压、电气和机械等多个方面的知识，通过液压传动系统、电气控制系统和机械传动系统的协同作用，舵机可以实现舵角的精确控制，满足船舶在不同工况下的舵向要求。
舵机的原理和工作机制对船舶的操纵和安全具有重要影响，对船舶操纵系统的设计和优化具有重要意义。
DCS系统在船舶自动化中的应用
DCS系统在船舶自动化中的应用随着科技的发展和船舶工业的进步，船舶自动化系统的重要性日益凸显。
DCS系统（分散控制系统）作为一种高效、可靠的控制系统，已经在船舶自动化中得到广泛应用。
本文将探讨DCS系统在船舶自动化中的具体应用及其优势。
一、船舶自动化系统概述船舶自动化系统是指通过技术手段，将船舶的各种操作和控制过程实现自动化，以提高船舶的安全性、航行效率和操作便利性。
自动化系统的核心是控制系统，而DCS系统作为一种先进的控制系统，被广泛应用于船舶自动化领域。
二、DCS系统在船舶动力控制中的应用船舶的动力控制是船舶自动化系统的重要组成部分。
DCS系统可以实时监测和控制船舶的动力系统，包括发动机、传动装置等。
通过DCS系统，船舶的动力输出可以根据航行需求进行调整和优化，提高能源利用率，并且减少操作人员的工作负担。
三、DCS系统在船舶航行控制中的应用船舶的航行控制是确保船舶航行安全的关键环节。
DCS系统可以实时监测船舶的航行状态和环境条件，通过自动化控制算法，对舵机和推进器进行精确控制，实现船舶的精确操纵。
同时，DCS系统还可以通过与导航系统的集成，提供实时船位信息和航向控制，确保船舶按预定航线安全航行。
四、DCS系统在船舶能源管理中的应用船舶能源管理是提高船舶能源利用效率的重要手段。
DCS系统可以监控和控制船舶的能源系统，包括发电机组、能源储存系统等。
通过DCS系统的优化调度和能源回收技术，可以降低船舶的燃油消耗，减少排放物的排放，并提高船舶的能源利用率，实现能源的可持续利用。
总结：DCS系统作为一种先进、高效、可靠的控制系统，广泛应用于船舶自动化领域。
通过在船舶的动力控制、航行控制和能源管理中的应用，可以实现船舶的自动化控制，提高航行安全性和航行效率，减少人工操作和能源消耗。
随着技术的进步和应用的深入，DCS系统将在船舶自动化领域发挥越来越重要的作用。
操舵装置操舵装置的控制系统
操舵装置操舵装置的控制系统操舵装置能够使舵转动的装置称为操舵装置，通常指安装在舵机舱内的舵机和传动机构。
根据动力源的不同，操舵装置可分为电动操舵装置和液压操舵装置等；根据有关公约和规范，操舵装置又分主操舵装置和辅助操舵装置。
主操舵装置：系指在正常情况下为驾驶船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备(如设有)以及附属设备和向舵杆施加转矩的设施(如舵柄或舵扇)。
其中，转舵机构系指将液力转变为机械动作转动舵的部件。
舵机装置动力设备指：(1)如为电动舵机，系指电动机及辅助设备；(2)如为电动液压舵机，系指电动机及辅助的电气设备，以及与电动机相连的泵；(3)如为其他液压舵机，系指驱动机器及其相连的泵。
主操舵装置应在驾驶室和舵机室都设有控制器。
辅助操舵装置：系指在主操舵装置失效时，为驾驶船舶所必需的设备。
这些设备不成属于主操舵装置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同样用途的部件。
动力转舵系统：系指提供动力转动舵杆的液压设备，由1个或几个舵机装置动力设备及辅助管路和附件，以及转舵机构所组成。
各个动力转舵系统可共用一些机械部件，如舵柄、舵扇和舵杆或作同样用途的部件。
(一)电动操舵装置电动操舵装置主要是指电动舵机。
它由电动机、蜗轮、小齿轮、舵扇、缓冲弹簧和舵柄等组成。
当由驾驶室操舵装置控制系统遥控电动机转动时，通过蜗杆、蜗轮、小齿轮带动松套在舵杆的舵扇旋转，舵扇再通过缓冲弹簧推动键套在舵杆上的舵柄，从而使舵杆和舵偏转。
采用蜗杆蜗轮的传动方式主要是为了获得较大的减速比，以增大转矩；同时，可以利用其机械传动中的自锁作用，防止舵叶在受外界冲击作用下发生逆转现象，从而起到保护电动机的作用。
缓冲弹簧的硬度较大，平时在正常的力作用下，弹簧不会变形，并能顺利地传递转舵力矩；当舵叶受到外界巨大的冲击力作用时，弹簧能吸引冲击能量，起保护舵机的作用。
电动舵机结构简单，操作方便，传动可靠，维修方便，所以广泛使用于中小型船舶。
舵机的工作原理
舵机的工作原理舵机是一种常见的电动执行器，广泛应用于机器人、模型控制、航空模型、船舶模型等领域。
它主要用于控制机械装置的角度和位置，具有精确控制和快速响应的特点。
本文将详细介绍舵机的工作原理。
一、舵机的组成结构舵机由机电、减速器、控制电路和位置反馈装置组成。
1. 机电：舵机采用直流机电作为驱动源，常见的有核心机电和无核心机电两种类型。
核心机电结构简单、成本低，但响应速度较慢；无核心机电结构复杂、成本较高，但响应速度更快。
2. 减速器：舵机的减速器主要用于减小机电的转速，并提供足够的转矩输出。
常见的减速器类型有齿轮减速器、行星减速器等。
3. 控制电路：舵机的控制电路主要包括位置反馈电路和驱动电路。
位置反馈电路用于检测舵机的角度和位置，并将信号反馈给控制器。
驱动电路根据控制信号控制机电的转动方向和速度。
4. 位置反馈装置：位置反馈装置通常采用电位器或者光电编码器，用于测量舵机的角度和位置，并将信号反馈给控制器。
二、舵机的工作原理舵机的工作原理可以简单概括为接收控制信号，根据信号控制机电的转动，通过减速器输出足够的转矩，实现精确控制。
1. 接收控制信号：舵机通过接收控制信号来确定所需的角度和位置。
控制信号通常采用脉宽调制（PWM）信号，脉宽的高电平信号表示舵机所需的角度位置。
2. 控制电路处理信号：控制电路接收到控制信号后，通过解码和放大处理，将信号转换为适合机电驱动的电压和电流。
3. 驱动机电转动：驱动电路根据控制信号的大小和方向，控制机电的转动。
当控制信号为中间位置时，机电不转动；当控制信号偏离中间位置时，机电以不同的速度和方向转动。
4. 位置反馈和闭环控制：舵机的位置反馈装置测量机电的实际角度和位置，并将信号反馈给控制器。
控制器根据反馈信号和控制信号之间的差异，调整驱动机电的转动，实现闭环控制，使舵机达到所需的角度和位置。
三、舵机的特点和应用舵机具有以下特点：1. 精确控制：舵机具有较高的控制精度，可以实现精确到小数度的角度控制。
舵机怎么控制
舵机怎么控制舵机的控制是机器人控制中非常重要的一部分。
舵机可以通过向机器人的连接部件施加力矩，从而控制其运动和姿态。
本论文将分为四个章节，分别介绍舵机的工作原理、舵机的控制方式、舵机的应用和未来的趋势。
第一章：舵机的工作原理舵机是一种通过转动轴来控制输出角度的电动装置。
它由电机、减速器和控制电路组成。
当电机转动时，减速器将输出转矩传递给连接部件，使其移动到所需的位置。
舵机的工作原理基于反馈控制系统，其中控制电路通过传感器准确测量当前位置，并根据设定值产生控制信号，使舵机转动到精确的角度。
第二章：舵机的控制方式舵机的控制方式主要有两种：开环和闭环控制。
开环控制是指通过简单的控制信号来直接控制舵机。
这种控制方式简单易行，但可控性较差，难以精确控制舵机的输出角度。
闭环控制是指通过反馈信号来实时调整控制信号，使舵机精确转动到所需的位置。
闭环控制具有较高的控制精度，但也更加复杂，需要使用传感器来获取反馈信号。
第三章：舵机的应用舵机广泛应用于机器人、航空航天、航海、汽车和工业自动化等领域。
在机器人领域，舵机用于控制机器人的关节运动，使其具备更加精确和灵活的动作能力。
在航空航天领域，舵机用于控制飞行器的姿态和稳定性，确保飞行器在空中的平稳飞行。
在航海领域，舵机用于控制船舶的航向，使船舶能够准确地按照预定航线行驶。
在汽车领域，舵机用于控制汽车的转向，使驾驶人能够轻松操作车辆。
在工业自动化领域，舵机用于控制机械臂和其他运动装置的运动，实现精确的运动控制。
第四章：舵机的未来趋势随着技术的发展，舵机的控制将更加精确和智能化。
传感器技术的不断进步将使得舵机能够获得更加准确的反馈信号。
此外，人工智能和机器学习算法的应用也将提高舵机的控制精度和适应性。
未来，舵机有望成为机器人控制系统中更加重要的一部分，为机器人带来更高的运动和操作能力。
总结:舵机是机器人控制中不可或缺的一部分。
本论文从舵机的工作原理、控制方式、应用和未来的趋势等四个方面进行了介绍。
舵机转舵机构和遥控系统讲解
十字头式转舵机构的特点：
1）扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠地平衡撞杆 所受的侧推力，可用于转舵扭矩很大的场合。
2）撞杆和油缸间的密封大都采用V型密封圈。密封圈工 作油压越高撑开越大，从而更加贴紧密封面，故密封可靠， 磨损后还具有自动补偿能力。此外，密封泄漏时较易发现， 更换也较方便。
3）油缸内壁除靠近密封端的一小段外，都不与拉杆接 触，故可不经加工或仅作粗略加工。
力矩马达式：舵机遥控系统的控制电路采用了无触点控制， 并取消了浮动杆追随结构。（见下图）
二、伺服油缸式舵机遥控系统 （属电液式）
伺服油缸式舵机遥控系统：（动画）
泵控型舵机液压系统
单动（非随动）操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方 向，当舵转至所需要的舵角时，操舵者必须再次发出停止转 舵的信号，才能使舵停转。通常既可设在驾驶台，也可在舵 机室操纵，以备应急操舵或检修、调试舵机之用。
随动舵、自动舵和非随动（单动）舵控制框图如下所示：
一、伺服电机式舵机遥控系统
1.直流伺服电机式舵机遥控系统（ 属电气式，见动画 ） 2.交流伺服电机式舵机遥控系统（力矩马达式，属电液式）
4）油缸为单作用，必须成对工作，故尺寸、重量较大。 而且撞杯中心线通常都按垂直于船舶尾线方向布置，故舵 机室也需要较大的宽度。
二、 拨叉式转舵机构（动画）
受力分析：与十字头式转舵机构相同。
拨叉式转舵机构特点：侧推力可直接由撞杆本身承受而无需导
板。撞杆轴线至舵杆轴间的距离R0可缩减26%，撞杆的最大行程
图示为AEG型转叶式油缸 及密封装置。
回转式转舵机构特点： 1）占地面积小，重量轻，
安装方便； 2）无需外部润滑，管理
简便，且转舵时舵杆不受侧 推力，可减轻舵承磨损；
船舶舵机控制原理
船舶舵机控制原理船舶舵机控制原理第一章：引言1.1 研究背景随着航运业的迅猛发展，船舶舵机控制系统的研究就显得尤为重要。
舵机作为船舶重要的操纵设备，对船舶的转向性能和航行稳定性有着至关重要的影响。
因此，研究船舶舵机控制原理的目的在于提高船舶的操纵能力和安全性。
1.2 研究目的本章主要介绍船舶舵机控制原理的研究背景和研究目的，为后续章节的内容展开做铺垫。
第二章：舵机系统架构2.1 舵机系统组成舵机系统由舵盘、舵机、传感器和控制器组成。
舵盘通过舵杆与舵机相连，舵机负责驱动舵盘转动。
传感器用于采集舵盘的角度信息，并反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息，控制舵机的工作状态。
2.2 舵机系统原理舵机系统的工作原理是通过控制舵机的方向和角度，改变舵盘的方向，从而实现船舶的转向操作。
控制器根据传感器的反馈信息，对舵机施加不同的电压信号，控制舵盘的转动角度。
第三章：舵机控制算法3.1 PID控制算法PID控制算法是舵机控制中常用的一种算法。
它主要通过比较目标值与实际值之间的误差，计算出控制量，并且根据误差的大小和方向，调整控制量的大小，从而实现舵盘的精确控制。
3.2 模糊控制算法模糊控制算法是一种可以处理非线性系统的控制算法。
它通过将输入和输出的关系进行模糊化，建立模糊规则库，并根据当前的输入信息，模糊推理出合适的输出，从而实现舵盘的控制。
第四章：实验验证4.1 实验准备本章将通过实验验证舵机控制原理的有效性。
实验将设计一套舵机控制系统，通过对舵盘施加不同的控制信号，测量舵盘的转动角度，并与设计的目标值进行比较，验证控制算法的准确性和稳定性。
4.2 实验结果分析根据实验结果可以看出，舵机控制系统采用的PID控制算法/模糊控制算法，在控制舵盘转动过程中具有较低的误差和较好的稳定性。
通过分析实验数据，验证了舵机控制原理的有效性。
结论通过对船舶舵机控制原理的研究，可以得出舵机控制系统的具体构成和工作原理。
针对不同的控制需求，可以选择合适的控制算法。
船舶自动舵知识
R
U
*
kU
R
+ R -+
U -
UC
M
U K
U
U
UC
(U
UC ) U
或
U
U
UC
U K
M
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。 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。
Eref
7 Ein
R12
Rf Uout
R11
负半周
D3 r
－5 Eref
Ein 6＋ － －＋ Eref
＋7 D6
i1 if
R12 Rf
R11
i3 i2 r
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
k
p
kD
d
dt
kI
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。
接电反馈装置
夜控旁通阀： 旁通油、路隔锁断闭液压阀缸
驾 锁驶 闭台 油操 路 舵 锁电 闭信 备号 用油路
自动舵
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
Eref
7 Ein
R12
Rf Uout
R11
负半周
D3 r
－5 Eref
Ein 6＋ － －＋ Eref
＋7 D6
i1 if
R12 Rf
R11
i3 i2 r
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
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
U
UC 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
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
φ* Δφ
β*
β
φ
航向控制器
舵角控制器
舵机
船舶
自动舵
PR-7000-L 自动舵第一章综述1．1介绍本自动舵作为一款简便的操纵仪，具有4种操作模式：计算机辅助操纵（CPU）、手动操纵(HAND)、应急操纵（NFU）及遥控操纵(RC-1、RC-2)（可选择）；并可只通过转换MODE SELECTOR SWITCH（模式选择开关）来进行选择。
另外，通过按下在MODE SELECTOR SWICH键左边的MODE SELECTOR PUCH BUTTON SWICH（模式选择按钮）操纵CPU选择三种不同的操作模式：自动舵（AUTO）、积分舵（RATE）、自动导航（NA V:选择）具有双重模式的自适应舵具有两套完整的系统,SYSTEM SELECTOR SWITCH(系统选择开关)有以下几档：NO.1-OFF-NO.2，当开关转至所需运行的系统位时，系统会自动进入运行状态，而当开关转到OFF档时，整个系统将停止工作。
自动舵是一套使船舶维持在预先设定的航向上航行的自动操舵控制装置，近来，对于自动舵的性能评估已从“能使船舶精确维持航向”变为“在各种情况下，最省油的操纵”。
然而，船舶的操纵取决于船舶的尺度及具体的技术指标，同时也随着船舶的航速，装载情况及海况的不同而不同。
因此，对于自动舵的评价没有明确的标准。
为了解决这些问题，本款自适应舵引入了性能测试功能以测定在自动舵协助的情况下，能节省的能量。
本款自适应舵有如下特性：;控制操纵装置运用的是一套微处理器并且完全数字化；;基本控制方式是自适应控制系统反馈模型;根据船舶速度和装载状况的改变能迅速调整，能够在各种状态下，进行最佳的操纵。
;三种航向维持模式，可根据实际，适用于各种海况：OPEN SEA（开放水域模式）适用于只需小幅度操纵导航的情况，如在大洋上航行，为的是节省燃料的费用。
CONFINED（限制模式）适用于大幅度的操纵情况，如在狭水道中航行，为的是提高航向维持的精确性。
比例舵（RATE）作为一种标准的操纵模式，可以通过旋转舵轮给出的指令指示，按设定的转向速率来控制船舶。
二副专业解读船舶舵机系统
二副专业解读船舶舵机系统舵机是用以操纵船舶、控制或改变船舶航向的重要设备,对船舶航行至关重要。
操舵装置是否处于可用的良好状态,直接关系到船舶的航行安全,以至成为船舶安全检查的一项重要内容。
现就船舶操舵装置、操舵控制系统、应急操舵程序和演习及SOLAS公约第五章第26.1款、第26.2款等容易产生误解的概念作些浅释。
一、操舵装置1.定义能够使舵转动的装置称为操舵装置,通常指安装在舵机室内的舵机和传动机构,分为主操舵装置和辅操舵装置。
主操舵装置是指在正常航行的情况下为驾驶船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备(如设有)及其附属设备向舵杆传递转矩的部件(如舵柄及舵扇);辅橾舵装置是指在主操舵装置失效时为驾驶船舶所需的设备。
2.主操舵装置与辅操舵装置的区别从定义上讲,辅操舵装置应独立于主操舵装置,除了舵柄和舵扇等可共用外,其他部分(包括动力部分)都不可以共用。
就字面意义而言,主、辅操舵装置很容易混淆,导致很多航海者把驾驶台的NFU操舵柄(下文会提到)或驾驶台两边操纵台上、舵机间舵机旁边上的香蕉柄当作辅操舵装置。
其实,这些设备都只是主操舵装置的一种控制器(操舵方式),而非所谓的应急舵或辅操舵装置。
3.主操舵装置替代辅操舵装置的条件根据公约要求:如果主操舵装置具有两台或几台相同的动力设备,对于客船,当任一台动力设备不工作时,主操舵装置必须仍能具有足够的强度并在船舶处于最深航海吃水、以最大营运航速前进时将舵自一舷35°转至另一舷35°,以及相同条件下在不超过28秒内将舵自任一舷35°转至另一舷30°;对于货船,当所有动力设备都工作时,主操舵装置必须能满足上述满舵操作的强度,而且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能被隔离,使操舵能力持续保证或迅速恢复。
在动力设备上,对于客船,任何一台动力设备都得满足公约要求的性能;对于货船,则只需所有动力设备一起工作时满足公约要求性能即可,但需在满足发生单项故障时能被隔离并迅速恢复的条件下才不必设有辅操舵装置。
船舶舵机装置的自动控制系统介绍
三、对舵机拖动控制系统的技术要求 （一）、从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，并尽可能远离 分开敷设（如左、右舷两路）。在正常情况下应急配电板供电时， 其中一路可以经应急配电板供电。驾驶室与舵机舱的操舵装置应使 用同一电源。 （二）、舵机电动机应满足舵机的技术性要求，并能保证堵转 1min的要求。 （三）、拖动电动机组应采用双机系统，各机组可单独运行（一 机组为备用），也可同时运行。一机组故障碍时，另一机组应能自 动投入运行。 （四）、至少设有驾驶室和舵机舱两个控制站，并设有转换装置， 防止两地同时操纵。 （五）、现代船舶驾驶室多装有操舵仪，一般设有自动、随动、 应急三种操舵方式，也可只设两种。 （六）、船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时，不仅 能满足舵自一舷350转至另一舷350的最大舵角要求，还应满足自任 一舷350转至另一舷300的时间不超过28s的转舵速度要求。 （七）、舵角指示器指示舵角的误差应不大于±10。
右偏，并自动停在右舵，舵操右舵XX0，舵叶右偏，并且自动停在 右舵XX0上。为了减小S形航迹的振幅，船舶在返回正航向过程中， 必须操回舵 ．
图13-8 随动操舵方框图
图13-9为自动操舵的原理图。当船舶沿给定航向上航行，舵叶 在艏艉线上，如图示，滚轮1恰好与绝缘块4接触，两个继电器KA1、 KA2线圈都不通电，其常开触头都开启，直流发电机G磁场电流为 零，输出电压U0为零，直流电动机M停转。沿着正航向航行的船舶， 当受到风、水流等外界干扰而向右或左偏转离开正航向K某一角度γ 时，通过罗经的航向发送器，使航向接受器也转动同一角度 γ，于 是被航向接受器带动的滚轮1也就在两个导电半圆环2、3内侧滚动 某一角度，或与导电半圆环2接触，或与3接触，于是
Aura′=0，电动机停止转动。舵叶处于右舵与舵轮转角相对应的某 一角度的位置上。 如果要求回舵，就得舵轮扳回零位，R1的滑动点从a点重新返 回到0点，电桥平衡又被破坏，但这时放大器的输入信号U0a′<0， 发电机励磁电流IfG和输出电压U0为负，电动机逆时针方向转动， 舵叶向着艏艉线方向偏转。当回到艏艉线上时，通过反馈机构，R2 的滑动点也从a′点返回到0′点电桥又重新恢复平衡，放大器输入信 号U00′=0，电动机停止转动。 改变舵轮的转动方向，便可以改变电动机旋转和舵叶偏转的方 向。随动操舵的方框图如图13-8所示。由方框图可知，就其工作原 理来说，随动操舵就是一个闭环的随动系统，是一个根据偏差进行 自动调节的系统。这种系统的停舵指令不是由操舵人员发出的，而 是在舵叶偏转过程中，由它本身通过反馈机构发出的。由于闭环系 统中采用了比较环节（由两个电位器组成的电桥）进行比较，因此 只有当舵角反馈信号（与偏舵角β成比例）与操舵信号（分操舵角γ 成比例）相等时，偏关信号U1=0，舵叶才会停止偏转。舵轮从角回 互零位，舵叶也从β角回到艏艉线上。图13-8 随动操舵方框图 随动操舵的方法是，船舶在偏航右舵，舵轮操右舵XX0，舵叶右
控制系统中的船舶控制技术
控制系统中的船舶控制技术船舶控制技术是指通过控制系统对船舶的运动和操作进行控制的技术手段。
在现代化的船舶中，船舶控制系统可以说是船舶的大脑，对于船舶的安全、航行、操纵能力至关重要。
本文将以控制系统中船舶控制技术为主题，介绍控制系统中常见的船舶控制技术。
一、船舶自动导航技术船舶自动导航技术是船舶控制系统中的一种重要技术，它通过使用传感器、电子设备和计算机等装置，实现船舶航行的自动导航。
船舶自动导航技术不仅可以提高船舶的航行安全性，还可以提高航行的精度和效率。
1. 全球卫星定位系统（GPS）技术全球卫星定位系统（GPS）是一种常用的船舶自动导航技术。
它通过接收卫星信号，确定船舶的位置、速度、方向等相关信息，从而实现船舶的自动导航和航行管理。
在航行中，船舶通过GPS技术可以准确地确定船舶的位置，实时更新船舶的航行路线，进一步提高船舶的航行安全性。
2. 惯性导航系统（INS）技术惯性导航系统（INS）是一种基于惯性力学原理的船舶自动导航技术。
它通过使用陀螺仪和加速度计等装置，测量船舶的加速度和转动角速度，从而推算出船舶的位置、速度和航向等信息。
惯性导航系统具有抗干扰性强、高精度等特点，可以在复杂的海况下实现船舶的自动导航。
二、船舶操纵技术船舶操纵技术是指通过操纵设备和控制系统对船舶的运动进行控制的技术手段。
船舶操纵技术的发展不仅提高了船舶的操纵能力，还提高了船舶的安全性和航行效率。
1. 舵机控制技术舵机控制技术是船舶操纵技术中的一种重要技术。
船舶通过舵机控制系统可以实现舵轮的旋转，从而改变船舶的航向。
舵机控制技术可以通过传感器和控制器等装置实时监测船舶的航向变化，并通过控制舵机的角度来实现船舶的操纵。
2. 推进器控制技术推进器控制技术是船舶操纵技术中的另一种重要技术。
船舶通过推进器控制系统可以控制船舶推进器的工作状态，从而改变船舶的速度和方向。
推进器控制技术通过控制器和电动传动装置等装置实现对推进器的控制，提高了船舶的操纵性能。
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动蜗杆3和蜗轮4转动，并通过主动齿轮5带动扇形齿轮6，再经过缓
冲弹簧7转动舵柄8（在扇形齿轮的下部），从而使舵柱9和舵叶偏
转。缓冲弹簧的作用是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。
不论是扇形齿轮传动机构还是蜗杆传动机构，它们共同的特点都
是通过机械传动机构，以很高的减速比把电动机的高速转动直接传
舵角。
水流方向
转向
β F2
f1
f2
F
F1
α
航向
图13-2 舵叶偏转时作用于船舶上的力
现代船舶广泛图采14用-2流舵线叶型偏转舵时叶作。用这于种船舶舵上叶的在力转舵时所受到的 水流压力F与舵叶面积，船舶速度和舵偏转的角度之间的关系，符 合机翼升力理论，可用下式表示：
F=9.8CRρ(V2/2)S 式中：CR—对舵叶模型试验测得的升力系数，与翼型及β角有关：
图13-4液压舵机传动机构
(二)、电动—液压舵机装置 铰链的撞杆两端置入左右高压油缸内，两油缸与油泵连接，当油缸 注入高压油而油缸排出低压油时，推动撞杆（类似于活塞）向低压 端移动，从而带动舵柄、舵柱和舵叶偏转。高压油泵的排量和流向 则由操舵系统控制。
三、对舵机拖动控制系统的技术要求
（一）、从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，并尽可能远离 分开敷设（如左、右舷两路）。在正常情况下应急配电板供电时， 其中一路可以经应急配电板供电。驾驶室与舵机舱的操舵装置应使 用同一电源。
对于一定型式的舵，转舵力
矩在最大舵角时达最大值，
而此值在船舶倒车时更大些。
随着航速和吨位的增加，转
舵力矩也将增大。若采用电
动舵机时，传动装置将出现
体大笨重，因此现代大型远
洋和近海船上电动液压舵机
获得广泛地应用。
(一)、电动—机械舵机装置
图13-3扇形齿轮传动机构
图13-3为扇形齿轮传动的电动舵机，它由电动机1通过连轴节2带
第十三章 船舶舵机装置的自动控制系统
第一节 舵与舵机装置
目前，绝大多数船舶都以舵作为保持或改变航向的设备。舵 垂直安装在螺旋桨的后方。早期船舶都采用平板舵。目前除一些内 河小船外，为了提高舵效和推进效率，大都采用钢板焊接而成的空 心舵，称为复板舵。这种舵由于水平截面呈对称机翼形，故又称流 线型舵。
舵的型式很多，图13-1示出三种典型的海船用舵。舵叶的偏 转由操舵装置（通常称舵机）来控制。舵机经舵柄1将扭矩传递到 舵杆3上，舵杆3由舵承支承，它穿过船体上的舵杆套筒4带动舵叶 7偏转。舵承固定在船体上，由滑动或滚动轴承及密封填料等到组 成此处，舵叶7还可以通过舵销5支承在舵柱8的舵托9舵钮6上。
一、舵的作用原理 如图13-2所示，舵叶处于船舶首尾线上时，水流方向与舵面一致， 不产生转船力矩，船舶保持直线航行。当舵叶离开首尾线，向某一 航侧偏转一个β角时，因舵叶面现水流流速不同，两面的压力不平
衡，在舵面上产生与其垂直的压力F。将F分解为相互垂直的两个
分力F1和F2。其纵向分力F1对船舶航行起制动作用，使船速减低，
送
到舵柱的低速偏转。这类舵机的电力拖动系统常采用直流G-M控制 系统。
电动—液压舵机装置基本上与 电动—液压起货机传动装置相 类似，有双向变量油泵，由恒 速电动机拖动，提供可逆流向 的高压油。两者不同之处在于 拖动起货机卷筒的是可连续旋 转的油马达，而转舵机构则是 左、右方向移动的液压油缸装 置，如图13-4所示。与舵柄
舵杆轴线一般就是舵叶的转动轴线。舵杆轴线紧靠舵叶前缘 的舵，称为不平衡舵图13-1（a）；舵杆轴线位于舵叶前缘后面一 定位置的舵称为平衡舵图13-1（b）而仅于下半部做成平衡型式的 舵称为半平衡舵图13-1（c）。
1
2
3
4
5
7
6
8
9
(a)不平衡舵
1
2
3
4
10
7
9 (b)平衡舵
1
2
4
3
5
6
9
(c)半平衡舵
（六）、船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时，不仅 能满足舵自一舷350转至另一舷350的最大舵角要求，还应满足自任 一舷350转至另一舷300的时间不超过28s的转舵速度要求。
（七）、舵角指示器指示舵角的误差应不大于±10。
（八）、保护和报警装置：设有舵叶偏转限位开关，实现极限位置 自动停舵；电源失压报警装置；过载声光报警，但无过载保护装置； 采用自动操舵装置时，应设有航向超过允许偏差的自动报警装置。
而横向分力F2会产生一个使船舶转向的转船力矩M。假设在船舶的
重心“0”处加上一对大小相等而方向相反的力，即f1=f2=F2，并与
F2平等。则F2与f1组成一个转船力矩M=F2×a，a为F2与f1之间的
Hale Waihona Puke 距离。而f2则引起船舶的横向漂移。
转船力矩在一定的舵角上出现最大值，这个舵角称为最大舵
角。在船舶上通常予以限定的角度（例如350）作为舵机的最大转
V—船舶速度m/s ρ—水的密度kg/m3 s—舵叶有效作用面积m2 舵角为β时产生的转船力矩M，可近似用下式表示：
M=KSV2sin2β 式中：K—常数。 在自动操舵时，舵角β通常采取小舵角，因而sin2β≈2β，则M公式 可写成
M=2KSV2sin2β=CV2β 式中 C=2KS 可见转船力矩M近似地与航速的平方成正比；航速越高舵效越好。 当航速一定时，M与舵角β（小舵角情况下）成正比。 二、舵机装置图13-3扇形齿轮传动机构 舵机按拖动方式，目前主要分为电动机械传动舵机和电动液压传 动舵机两类。舵机的转舵力矩不仅取决于舵叶上的水流压力F，而 且与舵的结构型式有关，采用平衡舵可减少舵机的负载。
1-舵柄；2-上舵轴承；3-下舵轴承；4-舵杆套筒；5-舵销；6-舵钮；7-舵叶；8-舵 1、舵柄；２、上柱舵；承9；-舵３、托舵；杆1４0-、舵舵轴杆承套筒；５、舵销；６、舵钮
后两种舵在７舵、杆舵叶轴；线８、之舵前柱有；９一、定舵托的；舵１０叶、面舵承积，转舵时水流作用在 它上面产生的扭矩可以抵消几一种部舵的分示轴意图线后舵叶面积上的扭矩，从而 减轻舵机的负荷。
（二）、舵机电动机应满足舵机的技术性要求，并能保证堵转 1min的要求。
（三）、拖动电动机组应采用双机系统，各机组可单独运行（一 机组为备用），也可同时运行。一机组故障碍时，另一机组应能自 动投入运行。
（四）、至少设有驾驶室和舵机舱两个控制站，并设有转换装置， 防止两地同时操纵。
（五）、现代船舶驾驶室多装有操舵仪，一般设有自动、随动、 应急三种操舵方式，也可只设两种。