船舶舵机的电力拖动与控制课件

1,、,舵机装置及自动操舵装置的基本要求,(,8,),2,、,舵机的操舵方式，自动舵工作原理,(,11,),考证考点,本节重点,9.1-4,、,船舶舵机的电力拖动与控制,1,、识记：船舶舵机的组成和分类。,2,、领会：,(1),船舶舵机的基本要求；,(2),舵机的操舵方式；,(3),各种操舵方式的特点,3,、应用：舵机的基本工作原理,1、舵机装置及自动操舵装置的基本要求 (8)考证考点本节重,舵及其拖动装置是船舶用以,改变其航向或维持其预定航向航行,的重要设备。,整个舵机装置主要由,操舵装置,、,舵机控制与驱动系统,、,传动机构,和,舵叶,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收装置组成，远洋船舶上装备的都是远距离控制自动操舵仪，简称自动舵；,舵机控制与驱动系统,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,电动液压舵机,。,舵及其拖动装置是船舶用以改变其航向或维持其预定航向航行的重要,船舶舵机的电力拖动与控制课件,舵机,操舵装置,舵机操舵装置,9.1,、舵机电力拖动与控制的基本要求,我国,钢质海船入级规范,根据,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,500,总吨的货船或仅从事于非国际沿海航行的大于,1600,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,舵机必须具有足够的转舵扭矩和转舵速度，并且在某一部分发生故障时，应能迅速采取替代措施，以确保操舵能力,。基本技术要求如下：,1,、主操舵装置和舵杆：具有足够的强度并能在,船舶最大航海吃水,和,最大营运前进航速时,进行操舵，使舵自任一舷的,35,，转至另一舷的,35,，并且于相同条件下自一舷的,35,转至另一舷的,30,所需时间不超过,28s,。从一舷最大角到另一舷最大角的时间不超过,30s,。,9.1、舵机电力拖动与控制的基本要求我国钢质海船入级规范,2,、从主配电板到舵机房应当用,两路分离较远,(,如分左、右舷两路,),的,馈电线供电,，其中之一应与,应急配电板相连,。,3,、舵机的驱动电动机采用连续工作制，具有,软的机械特性,，有,足够的过载能力,，保证拖动电动机在堵转,1 min,情况下不致被烧坏。,4,、至少有,两个控制站,(,驾驶台和舵机房,),，控制站之间装有,转换开关,，现场控制站具有,操作优先级,。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。,5,、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,自动、随动和单动,三种操舵方式，并能,方便的选择切换,。,2、从主配电板到舵机房应当用两路分离较远(如分左、右舷两路,6,、每艘船舶均应设置,1,套主操舵,装置和,1,套辅助操舵,装置。,主、辅操舵装置动力设备应具备以下能力：,当动力源发生故障失效后又恢复输送时能自动再起动；,任一台操舵装置动力设备的动力源发生故障时，应,在驾驶台发出声、光警报,；,操舵装置应设有有效的,舵角限位器,。以动力转舵的操舵装置，应装设,限位开关,或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备，应该与转,舵机构本身同步,而不应与舵机的控制相同步。,舵机只有,过载报警而没有过载保护装置,。,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,R,2,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。,操舵过程：舵轮向右转角度，电位器R1的滑动点移动，电桥失去,随动操舵一般规律的方框原理图如右所示，它是,一个闭环跟踪系统,，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，运算放大器等等。执行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，执行机构则由伺服电动机和双向变量泵构成。,左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度，,右偏航操左舵，舵轮操左几度，舵叶左偏几度。,总结,随动操舵一般规律的方框原理图如右所示，它是一个闭环跟踪系统，,3,、,自动舵的工作原理,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,，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,。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。,3、自动舵的工作原理自动操舵，实际上是自动航向保持仪。组成原,船舶舵机的电力拖动与控制课件,第,I,阶段,：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。,第,II,阶段,：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。,第,III,阶段,：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。此时偏舵角亦为最大值。,第,IV,阶段,：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，舵叶朝首尾线方向回转，半圆环也开始向滚轮方向跟踪。,第,V,阶段：,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。,第I阶段：船沿预定航向航行，滚轮在绝缘块上，电动机不,船舶舵机的电力拖动与控制课件,船舶舵机的电力拖动与控制课件,船舶舵机的电力拖动与控制课件,船舶舵机的电力拖动与控制课件,船舶舵机的电力拖动与控制课件,船舶舵机的电力拖动与控制课件,9.3,、自动舵的基本类型及其调节规律,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，有三种基本类型：以船舶,偏航角的大小和方向,进行调节的,比例舵,，,以船舶,偏航角和偏航角速度的大小和方向,调节的,比例,-,微分舵,和,以船舶,偏航角、偏航角速度及偏航角积分的大小和方向,来调节的,比例,-,微分,-,积分舵,。,9.3、自动舵的基本类型及其调节规律自动舵是根据电罗经送来的,比例舵调节中偏舵角,与偏航角,成比例关系变化，,即：,K,式中：,K,1,为比例系数；,负号,“,-”,表示偏舵的方向是,消除偏航,。,航向发生,偏航，操舵仪就操纵舵机使舵叶偏转,K,角度。参数,K,1,可以根据船舶,载重量,，,天气状况,进行调整。船舶因风浪等影响引起偏航时，采用,比例舵操舵有纠正偏航的能力,。但是它使,船舶周而复始地围绕正航向左右摇摆，船舶的航迹呈,S,形振荡，衰减很慢,。,1,、比例舵,比例舵调节中偏舵角与偏航角成比例关系变化，1、比例舵,比例,-,微分舵调节规律的,关系式,式中：,K,2,为微分系数；,d,/d,t,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。,在船舶回到正航向前，它已产生了足够大小的反舵角,，对克服由于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,“,纠偏舵、稳舵角,”,效果或,反舵角,等均指,微分舵的作用,。,2,、比例,-,微分舵,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,。,比例-微分舵调节规律的关系式2、比例-微分舵按比例操舵的偏舵,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。经过时间,t,后，船舶位置离开了给定正航向的距离约为,S=vt,。尽管平均偏航角,很小，但累积时间久了船舶偏航会十分明显。,为了,提高航向调节的精度，减少、甚至消除静态误差,，因此在比例,-,微分舵的基础上，设置积分调节，即比例,-,微分,-,积分舵。,3,、比例,-,微分,-,积分舵,比例,-,微分,-,积分舵满足关系式：,式中：,K,3,为积分系数；,d,t,为偏航积分。,偏航积分调节主要用以,校正操舵系统死区以内的小偏航角引起的平均航向偏离,。,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，,如果由于某种原因引起船舶的,瞬时偏航,，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，无需发出校正动舵信号。,只有当船舶在,偏航死区内左右摇摆不均匀,，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号，予以校正。,“,比例,-,微分,-,积分,”,调节系统是,比较完善的自动舵,，但系统构造较复杂。有的自动舵以,“,压舵,”,环节替代上述的积分环节,，从而使控制系统得到简化，,所谓,“,压舵,”,，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），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。这一固定大小的舵角称之为压舵角。,如果由于某种原因引起船舶的瞬时偏航，后来立即消失。因为作用时,9.4,、自动舵系统的基本要求,1,、自动操舵性能良好,当船舶,偏离给定航向一定角度,(,超过系统灵敏度所整定的角度,),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,2,、具有必要的调节环节,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：,1,、灵敏度调节,(,俗称天气调节,),：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，应适当降低自动舵的灵敏度，以减少动舵次数（,S,航迹振幅减小）。,9.4、自动舵系统的基本要求1、自动操舵性能良好当船舶偏离给,2,、舵角比例调节,：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。,3,、反舵角调节,：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。,4,、压舵调节,：为了纠正船舶由于受到单侧风浪、水流等因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,/,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。,2、舵角比例调节：要根据船型、装载，航速等情况调节舵角比例,5,、航向调节,：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。,3,、应设有随动、单动等操舵设备,4,、自动舵还应设有双电源,(,两路供电,),，,双机组换转等装置。,5、航向调节：应能保证在自动舵不间断工作的情况下，通过航向,