船舶电气轮机专业舵机教案上海海事职业技术学院.ppt

第十章 船舶舵机的电力拖 动与控制 §10-1.舵机的电力拖动与控制的基本要求 §10-2.操舵方式及其基本工作原理 §10-3.自动舵的基本类型及其调节规律§10-4.自动舵系统基本工作原理第十章小结学习第十章应该注意的点第十章学习应注意的几个问题：1.对船舶舵机有什么基本要求？2.有几种操舵方式？3.各种操舵方式有什么特点？4.自动舵是怎样工作的？5.自动舵有几种调节规律？各种调节规律分别 起什么作用？ 相对比较难的点：1.各种操舵方式的工作原理；2.自动舵各种调节 规律的特点§10-1. 舵机的电力拖动与控制 的基本要求本节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 舵机装置分为两类： ⑴.电动 - 机械；⑵.电动 - 液压 电动电动 - 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）[第一节要点]：舵机的分类、特点；基本要求对舵机装置的要求§10-2.操舵方式及其基本工作原理本节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 向，从而使电动机反转 单动操舵工作原理电动机励磁不变随动操舵，又叫“舵轮操舵” 随动 —— 舵叶随着舵轮转动 方法：左偏航操右舵，舵轮操右几 度，舵叶右偏几度（右偏也相似） 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’点移动当电桥重新处于新的 平衡状态时，放大器输入=0，电 动机停转，舵叶处于右舵与舵轮 转动相对应的角度上回舵过程相似，只是放大器输入变 反，电动机反转，舵叶回偏随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操舵过程：见下图自动操舵工作原理[第二节要点]：操舵方式(种类、原理)；自动操舵仪 组成原理。

§10-3.自动舵的基本类 型及其调节规律本节主要内容有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舵方框图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偏航与操舵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 和船舶的营运效益比例-微分舵比例-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[第三节要点]：自动舵的基本类型；各种调节规律 的性能、特点 操舵定律特点比较§10-4.自动舵系统基本工作原理本节主要内容有两部分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概述：具有比 例、微分和积分调 节作用的自动舵称 为PID自动舵。

这种 PID舵实际上是航向 保持仪，不能实现 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PID自动舵原理：电罗经和自整角机将船舶 的实际航向和给定航向比较，得到偏航信号经 发讯器2和相敏整流器整流后送到灵敏度调节器 ，再经过比例、微分和积分环节（5、6和13） 调节后，由放大器8和功率放大器9进行放大， 送给执行机构10对舵机进行调节控制一、PID自动舵系统工作原理二、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 [第四节要点]：自适应舵的概念和类型 自适应舵说明第十章 各节要点n n各节要点各节要点：： 第一节：舵机的分类、特点；基本要求。

第二节：操舵方式（种类、原理）；自动操舵仪 的组成原理 第三节：自动舵基本类型；各种调节规律的性能 、特点 第四节：自适应舵的概念和类型第十章的主要内容n主要内容：船舶舵机的“基本要求”、“操 舵方式”和“基本调节规律” n要求掌握舵机的基本要求，知道各种操舵方 式的使用场合、各自特点及系统的组成 ；n要求掌握舵机的基本类型，知道各种调节规 律自动舵的使用场合、各自特点及系统的组 成，明白各种“调节规律”的输出输入关系 。