船舶自动化论文

船舶自动化原理期末终结报告

班级：航海101

学生姓名：***

学号：************

指导教师：**

完成时间：2022年4月26日

目录

一自动舵系统———————————————————————3 1.1 船舶自动操舵系统的基本类型及其调节规律———————3 1.1.1 比例舵————————————————————3 1.1.2 比例—微分舵—————————————————3 1.1.3 比例—微分—积分舵——————————————4 1.2 小结————————————————————————5 二船舶自动化发展趋势———————————————————5 2.1系统监控的综合化——————————————————5 2.2系统的网络化————————————————————6 2.3船舶导航与驾驶自动化技术——————————————6 2.4船舶机舱自动化系统及设备技术————————————7 2.5船舶船岸信息一体化系统技术—————————————8 2.6液货装卸自动化系统技术———————————————9 三船舶自动化与船舶安全—————————————————10

一自动操舵系统

随着船上自动化程度的不断加深，船舶的操舵方式由原来单一的手动操舵逐渐被现在的自动操舵、随动操舵、手动操舵三种操舵方式共存所取代。正常航行时采用自动操舵，靠离码头、进出狭窄水道等机动状态转换为随动操舵，当这两种操舵方式失灵或在紧急情况下立即转为手动操舵。这三种基本类型的操舵方式构成了现代船舶的自动操舵系统。

1.1 船舶自动操舵系统的基本类型及其调节规律

根据基本闭环调节规律的不同，自动操舵系统可分为以下三种类型：

1.1.1 比例舵

其调节规律是以船舶偏航角Ψ的大小按比例给出偏舵角β，即

Β=-K1·Ψ

式中，K1为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏舵。比例系数K1可根据不同船型、装载量和航速作适当调节,通常β/Ψ=2-3,即每偏航1°偏舵2°—3°。比例系数K1过小或过大,将使偏航振幅加大或偏航振荡次数增多,导致航速降低稳定性差。

1.1.2 比例—微分舵

其调节规律是,以船舶偏航角和偏航角速度dΨ/dt按比例给出偏舵角β,即

βK1Ψ+K2dΨ/dt)

(-

=

式中,K2是微分系数。微分环节检测偏航角速度dΨ/dt,并给出

相应的附加偏舵角信号K2dΨ/dt,从而加快航向的调整过程,提高系统的灵敏度。在船舶开始偏航的初级阶段,偏航角较小,而偏航角速度较大，因此使偏舵角和舵效比相同偏舵角（Ψ）下的增加，偏航角速度逐渐减小为零，这时的最大偏航角要小于单纯比例舵的Ψmax。当船舶在舵的作用下开始向正航向回转时，偏航角逐渐减小，而偏航角速度逐渐增大，但符号相反，使偏航角等于比例舵角减去微分舵角。在未回到正航向前，两信号已消减为零，继续下去将出现反舵角，因此在船舶回到正航向前已收到返向舵的作用，从而能有效地阻止因惯性而向反方向的偏航。

1.1.3 比例—微分—积分舵

其调节规律是以船舶偏航角Ψ、偏舵角dΨ/dt和偏航角积分

∫Ψdt按比例给出偏舵角β,即

=-(K1Ψ+K2dΨ/dt+K3∫Ψdt)

式中,K3是积分系数。这种类型的自动舵也称为比例—积分—微分舵。

船舶在航行时,常常由于船体和装载的不对称、双桨工作的不对称以及受单侧风和流等外力的影响,使船舶发生左、右向不对称的偏航。对称偏航时,航迹S在正航向两侧对称,平均偏航角Ψ=0。当不对称偏航角时,S航迹在向正航向一侧的摆幅增大,另一侧摆幅减小,使航迹的轴线方向偏离正航方向,即平均偏航角Ψ≠0。船舶受单侧力的横向漂移和小的偏航角(在系统灵敏区以内)都不能被检测,因而无偏舵指令。这将使船舶“差之毫厘,失之千里”。但系统加入积分环

节将对偏航角进行积分并发出与偏舵角相应的恒定偏舵角指令,利用恒定的偏舵来抵消持续的外力作用,保证船舶的正航向。在正常的对称偏航情况下,积分环节也能提高航向的稳定精度,因为它能检测小

的偏航角。

综上所述,可以得出,比例—微分—积分舵是一个综合的调节系统,因此它在动态和静态性能指标以及稳定性上都是最好的。

2. 小结

现代化的船舶，很多设备的控制都已完成了微机化，自动操舵系统作为船舶前进方向的灵魂，其中微机控制的应用更是越来越全面和深入。随着船舶自动控制技术的不断提高，其自动操舵系统也会越来越健全，船舶在航行中的安全保障会更高。

二船舶自动化发展趋势

随着计算机技术的高度发展，带动了该技术在船舶上的日益发展和广泛应用，展望21世纪船舶自动化技术，将不断向全船综合自动化这个高层次阶段发展，船舶综合自动化，是集机舱自动化、航行自动化、信息一体化、装载自动化等于一体的多功能综合系统。下面就由多个方面来看船舶自动化发展趋势。

2.1系统监控的综合化

由于电气设备已经日趋通用化、模块化、系列化，可以做到组态灵活；计算机所有功能选择均能通过屏幕软件按钮直接完成，为系统监控的综合化提供了必要的基础。当然，根据需求不同仍旧存在着先进程度不同和性能要求不同的船舶，但是单机单控的系统必将逐步向综合监

控的系统过渡。因为采用综合监控的形式，可以构成双重或多重冗余，对提高系统或者全船整体可靠性是有积极意义的。

2.2系统的网络化

当前，数字化技术和总线技术应用已经相当成熟。现场总线是一种互联现场设备（或模块）与控制系统之间的双向数字通信网络。通常采用双层网，第一层为数据采集与传送网，第二层为控制网。为保证系统的可靠性，控制网络可采用冗余结构。考虑到危险分散原则，按系统又分成若干子网。通过系统的网络化，功能上集各子系统之众，从可靠性出发又是一个分布式系统；在数据采集和控制平台上各分系统密切结合，但在系统结构上又是一个主动性极强的系统，在平台某系统局部受损时不影响独立工作；采用网络冗余和设备冗余设计及不间断后备电源，生存能力很强；具有图像控制功能，人机界面和对话效果良好。

网络系统的优势在于采用数字化和高层次的自动化技术代替大

量繁琐的人工操作，提高工作效率是显而易见的。它有助于减少频繁操作和减轻人员疲劳，把船员从环境恶劣的工作场合中解放出来。2．3船舶导航与驾驶自动化技术

现代船舶对操纵从安全性、可靠性到航行的成本都提出了新的要求，并且引起船舶配套设备研制生产厂家的重视。目前，世界上先进国家已研制推出第3代、第4代不同类型的综合船桥系统（IBS），其应用计算机、现代控制、信息处理等技术，将船上的各种导航、操作控制和雷达避碰等设备有机地组合起来，对导航、驾驶、机动航行、航行