船舶舵机的电力拖动与控制课件.ppt

1、( ) ()1、识记：船舶舵机的组成和分类。、识记：船舶舵机的组成和分类。2、领会：、领会：(1) 船舶舵机的基本要求；船舶舵机的基本要求； (2) 舵机的操舵方式；舵机的操舵方式； (3) 各种操舵方式的特点各种操舵方式的特点3、应用：舵机的基本工作原理、应用：舵机的基本工作原理 舵及其拖动装置是船舶用以舵及其拖动装置是船舶用以的重要设备。的重要设备。整个舵机装置主要由整个舵机装置主要由、和和四大部分组成。四大部分组成。操舵装置是由安装在驾驶室的发送装置和位于舵机房的接操舵装置是由安装在驾驶室的发送装置和位于舵机房的接收装置组成，远洋船舶上装备的都是远距离控制自动操舵收装置组成，远洋船舶上装

2、备的都是远距离控制自动操舵仪，简称自动舵；仪，简称自动舵；是转舵的动力，有人力的、汽动的、是转舵的动力，有人力的、汽动的、电液的和电力驱动，目前船舶上装备的几乎全部是电液的和电力驱动，目前船舶上装备的几乎全部是。舵机舵机操舵装置操舵装置我国我国钢质海船入级规范钢质海船入级规范根据根据国际海上人命安全公约国际海上人命安全公约（SOLAS公约）的规定，对于从事于国际航行的大于公约）的规定，对于从事于国际航行的大于500总吨的货船或仅从事于非国际沿海航行的大于总吨的货船或仅从事于非国际沿海航行的大于1600总吨的总吨的货船的舵机提出了明确的要求，其基本精神就是要求货船的舵机提出了明确的要求，其基本精

3、神就是要求。基。基本技术要求如下：本技术要求如下：1、主操舵装置和舵杆：具有足够的强度并能在、主操舵装置和舵杆：具有足够的强度并能在和和进行操舵，使舵自任一舷进行操舵，使舵自任一舷的的，转至另一舷的，转至另一舷的35，并且于相同条件下自一舷的，并且于相同条件下自一舷的35转至另一舷的转至另一舷的30所需时间不超过所需时间不超过。从一舷最大角。从一舷最大角到另一舷最大角的时间不超过到另一舷最大角的时间不超过。2、从主配电板到舵机房应当用、从主配电板到舵机房应当用(如分左、右如分左、右舷两路舷两路)的的，其中之一应与，其中之一应与。3、舵机的驱动电动机采用连续工作制，具有、舵机的驱动电动机采用连续

4、工作制，具有，有，有，保证拖动电动机在堵转，保证拖动电动机在堵转情况情况下不致被烧坏。下不致被烧坏。4、至少有、至少有(驾驶台和舵机房驾驶台和舵机房)，控制站之间装，控制站之间装有有，现场控制站具有，现场控制站具有。在电力拖动或。在电力拖动或液压拖动不能进行时，能迅速转换到人力操舵。液压拖动不能进行时，能迅速转换到人力操舵。5、任何舵角下能投入工作，并准确地转至给定舵角。自、任何舵角下能投入工作，并准确地转至给定舵角。自动操舵仪包括动操舵仪包括三种操舵方式，并能三种操舵方式，并能。 0，发电机输出电压使，发电机输出电压使电动机顺时针方向转动，使电动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角反舵

5、叶向右偏转。同时舵角反馈同步传递机构带动反馈电馈同步传递机构带动反馈电位器位器R2的滑动点不断向的滑动点不断向a 点点移动。当电桥重新处于新的移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于右舵电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角度上。与舵轮转动相对应的角度上。随动操舵一般规律的方框原理图如右所示，它是随动操舵一般规律的方框原理图如右所示，它是，以实现舵角的自动追随。，以实现舵角的自动追随。图中的比较环节种类很多，如电桥式，电阻式，运算放大图中的比较环节种类很多，如电桥式，电阻式，运算放大器等等。执行机构也因不同的舵机型式而异。器等等。执行

6、机构也因不同的舵机型式而异。例如在双向变量泵拖动的电液舵机中，执行机构则由伺服例如在双向变量泵拖动的电液舵机中，执行机构则由伺服电动机和双向变量泵构成。电动机和双向变量泵构成。左偏航操右舵，舵轮操右左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度，几度，舵叶右偏几度，右偏航操左舵，舵轮操左右偏航操左舵，舵轮操左几度，舵叶左偏几度。几度，舵叶左偏几度。自动操舵，实际上是自动操舵，实际上是。组成原理：利用电罗经检测船组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向舶实际航向 ，然后与给定航，然后与给定航向向K进行比较，其差值作为进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵

7、角装置动作，改变偏舵角。在。在舵角的作用下，船舶逐渐回到舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。舵叶不再偏转。：船沿预定航向航行，滚轮在绝缘块上，电动机不：船沿预定航向航行，滚轮在绝缘块上，电动机不工作，舵叶在首尾线上。工作，舵叶在首尾线上。：船向右偏航，滚轮与左半环接触，电动机转动，使：船向右偏航，滚轮与左半环接触，电动机转动，使舵向左偏转。半圆环开始向滚轮运动方向跟踪。舵向左偏转。半圆环开始向滚轮运动方向跟踪。：船的偏航角达最大值，半圆环追赶上滚轮，又使：船的偏航角达最大值，半圆环追赶上滚轮，又使滚轮位于绝缘块上，电动机停止转动。此时

8、偏舵角亦为最大值。滚轮位于绝缘块上，电动机停止转动。此时偏舵角亦为最大值。：船在舵的作用下向原航向回转，逐渐接近于预定：船在舵的作用下向原航向回转，逐渐接近于预定航向。滚轮与右半环接触，电动机反向转动，舵叶朝首尾线方航向。滚轮与右半环接触，电动机反向转动，舵叶朝首尾线方向回转，半圆环也开始向滚轮方向跟踪。向回转，半圆环也开始向滚轮方向跟踪。船回到原航向上，半圆环追赶上滚轮，滚轮又处于船回到原航向上，半圆环追赶上滚轮，滚轮又处于绝缘块上，电动机停止转动。舵叶回到首尾线上。绝缘块上，电动机停止转动。舵叶回到首尾线上。自动舵是根据电罗经送来的船舶实际航向与给定航向信号自动舵是根据电罗经送来的船舶实际

9、航向与给定航向信号的偏差进行控制的。在舵机投入自动工作时，如果船舶偏的偏差进行控制的。在舵机投入自动工作时，如果船舶偏离了航向，不用人的干预，自动舵就能自动投入运行，转离了航向，不用人的干预，自动舵就能自动投入运行，转动舵叶，使船舶回到给定航向上来。动舵叶，使船舶回到给定航向上来。船舶应用的自动舵类型众多，究其调节规律，有三种基本船舶应用的自动舵类型众多，究其调节规律，有三种基本类型：以船舶类型：以船舶进行调节的进行调节的，以船舶以船舶调节的调节的和和以船舶以船舶来来调节的调节的。比例舵调节中偏舵角比例舵调节中偏舵角与偏航角与偏航角成比例关系变化，成比例关系变化， 即：即：式中：式中：K1为比

10、例系数；为比例系数； 负号负号“-”表示偏舵的方向是表示偏舵的方向是。航向发生航向发生偏航，操舵仪就操纵舵机使舵叶偏转偏航，操舵仪就操纵舵机使舵叶偏转K角度。参数角度。参数可以根据船舶可以根据船舶，进行调整。进行调整。船舶因风浪等影响引起偏航时，采用船舶因风浪等影响引起偏航时，采用。但是它使。但是它使。比例比例-微分舵调节规律的微分舵调节规律的 式中：式中：K2为微分系数；为微分系数； d/dt为偏航角速度，即偏航变化率为偏航角速度，即偏航变化率。与比例舵的操舵系统相比较，舵角关系在时间上超前了。与比例舵的操舵系统相比较，舵角关系在时间上超前了。，对克服由于，对克服由于船舶惯性向另一侧摆动很有

11、好处，使船舶比较快地稳定在正航船舶惯性向另一侧摆动很有好处，使船舶比较快地稳定在正航向上。通常所说的向上。通常所说的”效果或效果或等均指等均指。按比例操舵的偏舵角仅考虑了偏航角的大小，没有考虑偏航按比例操舵的偏舵角仅考虑了偏航角的大小，没有考虑偏航角速度。其实，偏航速度高时，应当加大偏舵角，以有效地角速度。其实，偏航速度高时，应当加大偏舵角，以有效地抑制船舶继续偏航；另外，该船舶回到正航向后，虽然偏航抑制船舶继续偏航；另外，该船舶回到正航向后，虽然偏航角等于零，但由于惯性，船舶仍然有一个偏航角速度，使船角等于零，但由于惯性，船舶仍然有一个偏航角速度，使船舶又继续朝另一侧偏航。因此比例操舵会造成

12、船舶沿航向作舶又继续朝另一侧偏航。因此比例操舵会造成船舶沿航向作S形航行形航行。) dd(21tKK由于潮流、波浪、风向、推进器特性、船舶装载的非对称性等由于潮流、波浪、风向、推进器特性、船舶装载的非对称性等原因，使航行中的船舶朝一侧持续小偏航。这一偏航角在不灵原因，使航行中的船舶朝一侧持续小偏航。这一偏航角在不灵敏区内。敏区内。换言之，在此偏航角下，自动操舵系统不会投入工作。经过时换言之，在此偏航角下，自动操舵系统不会投入工作。经过时间间t后，船舶位置离开了给定正航向的距离约为后，船舶位置离开了给定正航向的距离约为。尽。尽管平均偏航角管平均偏航角很小，但累积时间久了船舶偏航会十分明显。很小，

13、但累积时间久了船舶偏航会十分明显。为了为了，因此在，因此在比例比例-微分舵的基础上，设置积分调节，即比例微分舵的基础上，设置积分调节，即比例-微分微分-积分舵。积分舵。比例比例-微分微分-积分舵满足关系式：积分舵满足关系式：式中：式中：K3为积分系数；为积分系数； dt为偏航积分。为偏航积分。偏航积分调节主要用以偏航积分调节主要用以。)ddd(321tKtKK如果由于某种原因引起船舶的如果由于某种原因引起船舶的，后来立即消失。因为，后来立即消失。因为作用时间短，不影响整个航向，所以对其平均航向没有偏移，作用时间短，不影响整个航向，所以对其平均航向没有偏移，无需发出校正动舵信号。无需发出校正动舵

14、信号。只有当船舶在只有当船舶在，平均航向偏离正航，平均航向偏离正航向一侧，且又持续了很长一段时间，于是偏航积分环节发出信向一侧，且又持续了很长一段时间，于是偏航积分环节发出信号，予以校正。号，予以校正。 “比例比例-微分微分-积分积分”调节系统是调节系统是，但系统构造，但系统构造较复杂。有的自动舵以较复杂。有的自动舵以，从而，从而使控制系统得到简化，使控制系统得到简化，指的是船舶航行受到持续，指的是船舶航行受到持续的单侧横向力的干扰（如风浪、推进器、船舶装载不对称等），的单侧横向力的干扰（如风浪、推进器、船舶装载不对称等），使船舶形成向某一侧的小偏航，则在自动舵放大环节的输入端使船舶形成向某一

15、侧的小偏航，则在自动舵放大环节的输入端加入某一极性的固定信号，这样产生一个相应的固定偏舵角，加入某一极性的固定信号，这样产生一个相应的固定偏舵角，对船舶形成一个固定的转船力矩，用以平衡单侧横向干扰力。对船舶形成一个固定的转船力矩，用以平衡单侧横向干扰力。这一固定大小的舵角称之为压舵角。这一固定大小的舵角称之为压舵角。当船舶当船舶(超过系统灵敏度所整定的角超过系统灵敏度所整定的角度度)时，系统应立即工作，使舵叶偏转一定的角度，使船舶时，系统应立即工作，使舵叶偏转一定的角度，使船舶回到正航向回到正航向为了使同一型号的自动舵装置能够适用于不同的排水量，装为了使同一型号的自动舵装置能够适用于不同的排水

16、量，装载量，航速及舵机拖动装置的船舶，并能适应各种天气、海载量，航速及舵机拖动装置的船舶，并能适应各种天气、海况，在自动舵系统中应有如下的基本调节装置：况，在自动舵系统中应有如下的基本调节装置：它视天气、海况确定。在：它视天气、海况确定。在风平浪静时，灵敏度要调高一些；在大风大浪下，应适当风平浪静时，灵敏度要调高一些；在大风大浪下，应适当降低自动舵的灵敏度，以减少动舵次数（降低自动舵的灵敏度，以减少动舵次数（S航迹振幅减小）。航迹振幅减小）。：要根据船型、装载，航速等情况调节舵：要根据船型、装载，航速等情况调节舵角比例，以获得一个合适的舵角比。角比例，以获得一个合适的舵角比。：偏航中的船舶在自

17、动舵的作用下回复到正：偏航中的船舶在自动舵的作用下回复到正航向时，舵叶应先回到艏艉线上，然后再向另一舷偏过一个航向时，舵叶应先回到艏艉线上，然后再向另一舷偏过一个小角度，以防止船舶因惯性力而继续向另一侧偏航，这个预小角度，以防止船舶因惯性力而继续向另一侧偏航，这个预先的偏舵角称之为反舵角（又称制动舵角、稳舵角、纠偏舵先的偏舵角称之为反舵角（又称制动舵角、稳舵角、纠偏舵角），应根据船型、装载、天气等情况进行调节。反舵角可角），应根据船型、装载、天气等情况进行调节。反舵角可以由微分环节来实现。以由微分环节来实现。：为了纠正船舶由于受到单侧风浪、水流等因：为了纠正船舶由于受到单侧风浪、水流等因素影响

18、而引起的不对称偏航单侧偏航，自动舵中应当设有自素影响而引起的不对称偏航单侧偏航，自动舵中应当设有自动压舵动压舵/人工压舵的调节装置。在具有航向积分环节的自动舵人工压舵的调节装置。在具有航向积分环节的自动舵中，则设有积分调节，主要调节积分系数。中，则设有积分调节，主要调节积分系数。：应能保证在自动舵不间断工作的情况下，：应能保证在自动舵不间断工作的情况下，通过航向调节来改变船舶的给定航向，使船舶在新的预定通过航向调节来改变船舶的给定航向，使船舶在新的预定航向上航行。航向上航行。在船舶进出港或遭到紧急情况以及自动操舵失灵，能立刻转在船舶进出港或遭到紧急情况以及自动操舵失灵，能立刻转换为其他形式的操舵，如随动操舵或单动（应急）操舵，以换为其他形式的操舵，如随动操舵或单动（应急）操舵，以保证船舶航行的可靠性。保证船舶航行的可靠性。