第七节自动操舵控制系统

微分舵又叫纠偏舵、稳舵角或反舵角。
3、比例-积分-微分舵（PID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。
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图。
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。 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。
2.电动机运行可靠：
①电动液压舵机：普通长期工作制，过载能力强的 鼠笼电动机 ②电动舵机：应能在船舶处于最深航海吃水，并以 最大营运航速前进时，将舵自任一舷的35°转至 另一舷的35°，且能在不大于28s的时间内将舵 自任何一舷的35°转至另一舷的30°。 舵机电动机有软的机械特性和足够大的过载能力， 堵转时间应能持续1min以上，仍不致将电动机烧 坏。
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。
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。
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性质：
1 ．操舵手柄或舵轮位置不与 舵叶位置相对应，要用舵角 指示器才能知道舵叶所转角 度。 2 ．操舵手柄向某一方向，电 动机拖动舵叶向相应方向， 手柄回零，舵叶固定在某一 角度。 3 ．要使舵叶回到中间位置， 手柄反向。 4 ．太平舵：手直接板动舵叶 。
偏航与操舵
自动舵方框图
1、比例舵（P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 = - K 1φ 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。
2、比例-微分舵（PD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。
§6.7 自动操舵控制系统
教学要求： 了解船舶舵机对电力拖动控制设备的 要求，理解自动操舵的工作原理，掌握比 例舵、微分舵、积分舵的调节规律。
船舶舵机操纵台
船舶舵机总组成机房
转船力矩：T=F2· L
舵机装置
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舵机装置由操舵装置、执行电动机、传动机 构和舵叶四部分组成。 按传动机构分： 1．电动—机械舵机装置 电动机通过齿轮转动带动舵叶 2．电动—液压舵机装置 电动机通过液压系统转动带动舵叶
操舵过程：见下图
三、自动舵的基本类型及其调节规律
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
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。
自动操舵系统基本要求：
1、自动操舵性能良好 2、具有必要的调节装置 • ①灵敏度调节 • ②舵角比例调节 • ③反舵角调节 • ④压舵调节 • ⑤航向调节 3、应设有随动、单动等操舵设备
• 作业 • 阅读：P134 ～P140 • 习题：1255～1274
也叫压舵，可提高保持正航向精确度。
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。 [要点]：自动舵的基本类型；各种调节规律的性能、 特点。
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。
一、舵机对电控设备的要求
基本要求：—— 三可靠。 1.供电可靠： 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。
3．控制系统要可靠
（1）应有驾驶台和舵机舱两个以上控制站、 并设转换开关防同时操作。 （2）设有自动、随动、应急三种操舵。 （3）应设舵叶偏转限位开关，失压报警，自 动操舵极限角自动报警。
二、操舵方式、类型、工作原理
三种操舵方式，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
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。