双舵自动操舵仪

船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案

船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案 作者：李成玉 摘要:文章分析了半导体分立元件和集成电路设计的自动舵工作原理,指出它们的缺点及其 故障产生的根本原因。应用可编程序控制器(PLC)技术研制的自动舵,克服了常规自动舵的缺点及其参数整定困难和控制效果的不足。自整定比例微积分调节器(PID)自动舵能够自动适应船况和海况的变化,实现无扰动切换、变增益调节、抗积分饱和、微分先行等功能,克服了舵机振荡。实船应用证明了该自整定比例微积分调节器船舶自动舵的有效性。 0引言 船舶自动操舵仪是保证船舶安全航行的重要设备,而舵机振荡出现的故障率最高。我国造船工业已具规模,每年生产艘数甚多的小型船舶,开发出性能可靠、价格合理的船舶自动操舵仪,完全可以得到推广和应用。针对船舶自动操舵仪出现的故障,分析了其控制单元的特点及工作原理,给出了通用的性价比高的技术解决方案。 1常规自动舵控制单元分析

1)半导体分立元件自动舵。 半导体分立元件正常工作需要一定的条件,若超出其允许的范围,将不能正常工作,甚至造成永久性的破坏。对于大功率管的功耗能力并不服从等功耗规律,其工作电压升高,其耗能功率相应减小。三极管在工作时,可能Uce并未超过BUceo,Pc也未达到Pcm,而三极管已被击穿损坏了。因此,使用半导体模拟元件要考虑di/dt、du/dt的影响,即使在其允许工作范围内也可能造成损坏。特别是外延型高频功率管,在使用中要防止二次击穿。元器件老化、特性飘移,引起性能下降、工作不稳定,故障率最高。 2)集成电路设计的自动舵。 集成电路与分立元器件组成的电路相比,具有体积小、功耗低、性能好、重量轻、可靠性高、成本低等许多优点。但同样对电源电压、温度、湿度等外界因素变化敏感,其内部又存在固有噪声,这些将引起回路特性和参数变化,降低其稳定性和可靠性。其功能扩展困难,难以调试,不能在线修改和故障诊断,对制作工艺要求很高。故障分析和排除十分困难。 3)舵机振荡出现的几率最高。 印刷电路板P. C. B要设法消除电路振荡,常用RC校正网络,在电路中加入电容C,或利用R、C元件进行相位补偿,改变电路的高频特性,从而破坏自激条件。 舵机抖动严重影响舵机工作和船舶航行,其发生的可能原因有舵机自

航向_航迹自动操舵仪船舵控制系统的研制

第13卷第3期中国惯性技术学报 2005年6月文章编号：1005-6734(2005)03-0047-05 航向、航迹自动操舵仪船舵控制系统的研制 周永余, 陈永冰, 周 岗, 李文魁 （海军工程大学导航工程系，武汉 430033） 摘要：给出了采用数字模拟与物理模拟相结合的方法模拟海上实船环境的航向、航迹自动操舵仪船—舵控制系统的设计方案和实现途径，并介绍了该控制系统的软件设计，该系统为航渡任务的安全、顺利完成提供了有力保障。 关 键 词：自动操舵仪；罗经航向；模拟航向；模拟舵角；模拟船位 中图分类号：U666.1文献标识码：A Design and Realization of Rudder Control System for Ship’s Course and Track Autopilot ZHOU Yong-yu, CHENG Yong-bing, ZHOU Gang, LI Wen-kui (Department of Navigation Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China) Abstract: The design project and realization approach to simulate ship and rudder control system of course, track autopilot in real navigation environment are introduced which combine digital simulation with physical simulation. Its software designs are also given. The system can guarantee for accomplishing navigation task safely and successfully. Key words: autopilot; gyrocompass course; analog course; analog rudder; analog trace. 0 概述 自动操舵仪是现代船舶上不可缺少的导航设备，其主要的功能是自动地、高精度地保持或改变船舶的航向，以保证船舶的平时安全航渡和恶劣环境时船舶的避碰。因此，自动操舵仪的性能优劣将直接关系到船舶航行的安全，并直接影响船舶的生命力[1]。 半个多世纪以来，虽然我国船舶航运的发展规模越来越大，但是船舶自动操舵仪的研制、生产和维修的调试环境却仍处于20世纪六、七十年代的水平。自动操舵仪在工厂的新产品装配后或在修理厂维修后，按理都应该对自动操舵仪的性能指标在实船环境中进行检测、调试，使性能指标满足设计要求，但实际上很难实现。 自动操舵仪每年都有新产品在制造厂研制、生产，自动操舵仪的维修在修理厂也是经常发生的。但是几十年来在自动操舵仪研制、生产和维修过程中没有一种有效的办法去实现按实船环境检测调整自动操舵仪的动态指标。制造厂和维修厂只能采用一种液压装置来模拟船舶的舵角进行线路的调试。由于该装置无法反映船舶动态航向的变化，航向或航迹控制电路只能凭经验进行粗调，要精确调 基金项目：国家自然科学基金资助项目（40376011） 收稿日期：2005-03-07 作者简介：周永余（1950—）男，海军工程大学副教授，从事舰船导航和组合导航的教学、科研工作。

小型船舶的操舵装置

小型船舶的操舵装置 1.前言 船舶的自动化、省力化也渗透到了小型船舶。最近受劳动力不足的影响，甚至连只有数吨的渔船也装备起最新的电子仪器和省力的渔捞机械。 最近以来渔场逐步变得越来越远，到渔场去的驾驶已是相当繁重的劳动。特别是在一个人的时候，连吃饭时也得掌舵，真是够呛。 自动操舵装置(自动驾驶仪)却为我们一举解决了这些苦恼。只要用小的标度盘拨正了航向，说得过份一点就是睡着了船也会朝着那个方向驶去。 由于自动驾驶仪能使船沿直线驶向目的地，所以在缩短航行时间、延长渔捞作业时间的同时，其最大优点还可节约燃料。最近船上增加了这种自动驾驶仪，对主机的操作也可实行遥控，小型船舶的省力化更向前推进了一步。 但是这些装置并不能防止碰撞的危险，所以了望工作绝对不能松懈。 现将最近装备于小型渔船上的操舵装置举例说明如下。 2.操舵装置的种类 小型船的操舵方法有下列六种：(1)棒舵；(2)机械式；(3)手动油压式；(4)机动油压式； (6)电动式；(6)电气——油压式。 2—1棒舵 这是一种最古老而简单的装置， 仅仅是把舵柄装在舵轴上直接用人力 操纵。因为用的是人力，转舵扭矩有 限，逢恶劣夭气等情况甚为不便。 2—2机械式 设有舵轮，通过链条、齿轮、连 杆或钢丝绳等带动舵。图1是典型的 钢丝绳式舵机。 当然，舵轮是装在离舵很远的“操 舵室”中，即使遇到恶劣夭气也不会 淋湿。另外，使用减速器后可提高扭 矩，使舵变轻。 2—3手动油压式 舵轮上安装油泵，使它回转产生油压动力。舵轴 与油压执行器连接，油压执行器与油泵间配以管路， 由油泵产生的油压动力推动油压执行器操舵。 因油泵的驱动源是人力，所以产生的动力是有限 的，不过可把舵轮放大，以得到较大的转舵扭矩。如 图2.。 手动油泵内装有为防止油箱和舵产生逆压的阀件 等。 2—4机动油压式 手动油压式是依靠人力产生油压动力的，与此相 反，机动油压式是由主机、辅机或电动机等驱动油泵 产生油压动力的。 图3是机动油压式舵机。

船用陀螺罗经组合操舵仪(标准状态：现行)

I C S47.020.70 U65 中华人民共和国国家标准 G B/T11877 2010 代替G B/T11877 1999 船用陀螺罗经组合操舵仪 M a r i n e a u t o p i l o tw i t h g y r o c o m p a s s 2010-09-02发布2010-12-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

前言 本标准代替G B/T11877 1999‘船用陀螺罗经组合操舵仪技术条件“三 本标准与G B/T11877 1999相比,主要变化如下: 标准名称由 船用陀螺罗经组合操舵仪技术条件 改为 船用陀螺罗经组合操舵仪 ; 修改并增加了术语和定义的内容(第3章); 修改了组成要求[4.1b)二4.1e)]; 修改了功能要求(4.3.2); 增加了对外信息输出要求(4.3.7); 删除了性能要求中的舵角复示器刻度精度和艏向指示器刻度精度要求; 修改了报警二转舵范围二防水性二倾斜和摇摆要求等(4.3.8二4.4.1二4.6.3二4.6.4二4.6.6); 删除了霉菌的要求和相关的试验条款; 修改了安全二安全距离二防水试验二倾斜和摇摆试验二安全距离试验等(4.8二4.10二5.11.3二5.11.4二5.11.6二5.15); 增加了油温高二滤器堵塞二罗经报警试验(5.2.5二5.2.6); 修改了标记和识别二包装二运输和贮存(第7章二第8章)三 本标准由中国船舶工业集团公司提出三 本标准由全国海洋船标准化技术委员会航海仪器分技术委员会(S A C/T C12/S C5)归口三 本标准起草单位:九江中船仪表有限责任公司三 本标准主要起草人:沈红星二丁华二肖宁二段德智二张洪斌二郭玉芳三 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: G B11877 1989,G B/T11877 1999三

船舶操舵仪与自动舵

船舶操舵仪与自动舵 [size=10.5pt]操舵仪有自动操舵仪（俗称电罗经或磁罗经操舵自动跟踪操舵仪）、随动操舵仪（俗称舵轮操舵，包括遥控操舵）和应急操舵仪（俗称手动操舵、手柄操舵），自动操舵仪是按照设定的航向直线运行；随动操舵仪是按照驾驶员的指令，按一定的舵角做回转运动，只要合理使用，能使船舶处于最佳航行状态；应急操舵仪是最简易可靠的操舵仪（缺点是精度太差，往往使船舶走S形，耗油严重）。 1、应急操舵仪是不存在操舵的精度，只要在规定的时间内（如24-28s）达到左右满舵，就行。 2、随动操舵仪比应急操舵仪精度高得多，因为它具备了简单的人机对话功能，所以应用的船舶最多（因为它成本低，尤其使用于近海航线）. 3、自动操舵仪是在随动操舵仪的基础上，利用电罗经或磁罗经（现在利用GPS）等设备，增加了航向的偏航信号，利用航向信号的偏差代替人工舵轮，这一部分性能的好坏，直接关系到航线的准确度 早期日本生产的ES-11、TG-3000、TG-5000等电罗经所配备的自动舵，性能稳定，价格低廉。但是随着使用寿命的延长，这些操舵仪有一个共同的通病。 1．自动状态走S形，0点不稳 2．随动状态左右舵角不平蘅，0点不稳 3．随动状态（包括自动）死角过大 4．舵震荡严重，继电器损坏过快，船舶震动严重 5．无法使用随动状态（包括自动） 对以上问题检修的办法 1．自动部分对2KC的震动和相敏整流进行检查 2．随动部分对舵轮和跟踪的5K电位器进行检查 3．对跟踪部分的电缆检查，有无漏电 4．对舵机执行部分的阻尼系统检查 通过以上检查，一般情况下都能得到解决 如果还是不行，可以更换价格低廉性能稳定的国产随动板和自动板，一步到位，彻底解决以上的5个故障通病，既快又好，省时、省力、省成本，

简述船舶操纵自动舵原理

简述船舶操纵自动舵原理 摘要：船舶操纵的自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，随着现代科学技术的不断进步，各种先进仪器的使用，使得船舶操纵开始向智能化方向发展，本文就船舶操纵自动舵的构成和工作原理方面进行了综述。 关键字：船舶自动舵现代船舶自动化 船舶操纵的自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行，是操纵船舶的关键设备。它的性能直接关系到船舶的航行安全和经济效益。代替人力操舵的自动舵的发展在相当程度上减少了人力，节省了燃料，降低了机械磨损，直接影响到船舶航行的操纵性、经济性和安全性。 舵机装置由操舵装置、舵机、传动机构和舵叶四部分组成。 （1）操舵装置：操舵装置的指令系统，由驾驶室的发送装置和舵机房的接受装置组成。 （2）舵机：转舵的动力。 （3）传动机构：能将多机产生的转舵力矩传递给舵杆。 （4）舵叶：环绕舵柱偏转，承受水流的作用力，以产生转舵力矩。 在自动操舵仪中，按控制系统分类可分为三种操舵方式： （1）直接控制系统或称单舵系统、应急操舵。 （2）随动控制系统。 （3）自动操舵控制系统，又称自动航向稳定系统。 自动操舵适用于船舶在海面上长时间航行．随动操舵供船舶经常改变航向时使用，如在内河、狭航道区和进出港口。当自动航向／航迹、随动操纵出现故障时，可用应急的简单操舵，直接由人工控制电磁换向阀．使舵正、反或停转。 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。

浅谈船舶转向机构及其自动化

浅谈船舶转向机构及其自动化 船舶转向控制的核心是船舶航向保持控制。船舶航向控制实际上应区分为两类控制问题:在航向设定值不变时进行航向保持和在设定航向变化时进行航向跟踪。对船舶航向的两种控制应该采取不同的控制策略。但是，为简化起见，也可只应用一种控制律，但辅之以对设定航向的变化进行某种平滑处理，可收到一定的效果。例如采用一种动态的航向设定方法，或者采用间接多模态控制方法。也有很多的采用变结构控制、模糊以及神经网络控制器来控制。在风浪中的控制方面，需要使用风浪模型。应该说船舶转向控制的研究主要集中在自动舵的航迹控制中。 １．船舶操纵系统概述 1.1船舶操纵装置的组成 船舶操纵装置由操纵机构(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，这是操纵装置的指令系统)、舵机(它是转舵的动力)、传动机构(它是用来将舵机所发出的转矩传递给舵柱的设备)、舵叶等组成。根据可采用的控制方式以及所采用反馈信号的不同，可分为应急、随动、航向和航迹这四类主要控制方式。操舵仪不用任何反馈直接操纵舵机控制舵的方式称为应急方式;采用舵角量测反馈形成舵角控制闭环的方式称为随动方式;增加航向量测反馈形成航向自动控制方式称为航向方式;采用位置量测反馈形成位置自动控制闭环的方式称为航迹方式。一般将具有后两种方式的操舵仪称自动操舵仪。因此，自动舵控制系统可有三种工作状态，即随动舵工作状态、航向控制工作状态和航迹控制工作状态。绝大多数的自动舵都有前二种工作状态，航迹控制目前应用相对较少，但这是自动舵的一个重要发展方向。在随动舵工作状态下，自动舵系统仅控制舵的转动角度，其实质是一个舵角位置随动系统;在航向控制工作状态下，操舵系统是它的内环(舵角闭环调节系统)，因此，操舵系统的性能如何将影响航向和航迹控制，影响着船舶操纵性能。 1.2操舵系统的现状 目前船舶操纵系统中比较常见的操舵系统是典型的电液位置伺服系统。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑、重量轻等优点。因此应用极为广泛，凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统，都有它的身影。如在飞机、船舶、雷达、机器人，以及在机床、电炉电极自动升降恒功率等系统中都大量采用了电液伺服系统。 虽然大约从20世纪90年代至今，PID控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制以及Bang-Bang控制、变结构控制、PWM(脉宽调制)、PCM(脉冲编码控制)、以及模糊神经网络等控制在电液伺服系统中逐步得到应用，使系统在满足系统性能要求的前提下，提高了其自适应性及鲁棒性。但在船舶操舵系

自动舵控制系统设计

自动舵控制系统设计 船舶借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港出发按计划的航线到达预定的目的港。由此可见，操舵系统是一个重要控制系统，其性能直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性。自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行,是操纵船舶的关键设备。系统的调节对象是船，被调节量是航向。自动舵是一个闭环系统，它包括：航向给定环节；航向检测环节；给定航向与实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机构；舵；调节对象—船；舵角反馈机构等。自1922年自动舵问世到今天, 代替人力操舵的自动舵的发展确实取得了长足的进展, 在 相当程度上减少了人力, 节约了燃料, 降低了机械磨损, 但是 距离真正意义上的操舵自动化还有相。当大的距离。 一国内外研究现状 自70 年代起,国内一些科研院所、高校开展自动舵的理论与开发工作,并取得了不少成果,一些航海仪表厂家也独立或与研究所、高校合作开展了自动舵的试制和生产,其产品以模拟PID 舵为主。目前虽然国产自适应舵已经投入实船使用,但效果并不明显。智能控制舵还处于理论研究阶段,还没有产品化。航迹舵基

本上也处于研究阶段,还没有过硬的产品。 目前国外市场上有多种成熟的航向舵、航迹舵产品,其控制方法大多为比较成熟的自适应控制,例如日本Tokimec 公司的PR - 8000 系列自适应自动舵、德国Anschuz 公司的NAU TO CONTROL 综合系统中的自动舵、美国Sperry 公司VISIONTECHNOLOGY系统中的自适应自动舵等。近几年发展起来的智能控制及其它近代控制在自动舵上应用尚处于方案可行性论证及实验仿真阶段,还有待于进一步工程实现研究。 我国对自适应舵的研究起步较晚，自80年代以来，有关单位开展了对自适应舵的研究工作，发表了一些设计方案，仿真研究结果和产品。 1980年，南开大学袁著祉、卢桂章老师采用Norrbin性能指标，利用最小方差自校正控制器自适应律设计了船舶航向保持的自适应舵，发表了仿真结果。 1984年，中船总公司系统工程部林钧清利用最小方差自校正调节器，设计了自适应自动舵的软件，并进行了仿真研究。 1986年，大连海事大学陆样润、黄义新老师等人，采用了对偏航速率进行加权的最小方差自校正控制方案，进行了自适应舵的研制，他们先在实验室的实时仿真器上进行了联机实验，随后

DC-6X自动操舵仪

DC-6X系列自动操舵仪 1 概述 DC-6X系列自动操舵仪是一款具有航迹、航向、随动、应急等操舵功能的自动操舵仪。该系列自动操舵仪具有全数字化，集成度高，功能完备，可靠性高等显著特点。该系列自动操舵仪采用自适应控制算法，实时数据采集并学习后获取船舶操纵特性，自动计算最佳指令舵角，能够有效提高控制精度，减少无效动舵次数和舵机磨损，提高燃油经济性。 2 主要特点 1）安全可靠具有完全独立的两套控制系统，两套系统均可分别控制舵机，系统间互为热备份，可实时切换，提高了安全可靠性。 2）精准控制采用自适应控制算法，实时数据采集并学习后获取船舶操纵特性，自动计算最佳指令舵角，有助于减小由波浪等原因引起的无效转舵，提高燃油 经济性。 3）配置丰富采用标准模块式设计，方便用户选型与配置，硬件接口丰富，具备很强的可扩展能力，可根据用户的需求完成使用功能的定制，满足各种高中低 档功能配置要求。 4）操作简单采用多款彩色LED显示屏设计，人机交互简单，航行数据显示直观，可操作性更强。 5）数字接口全数字化设计，内部具有两组互为独立的CAN网络结构，节点增减方便，并且满足IEC61162-1要求。 6）易于维护自动检测并精准定位系统故障，同时提供直观图文操作和故障提示，便于及时操作和故障检修。 3 主要技术参数 1）工作温度 -15°— +55°

2）工作电压 舵机启动单元380V AC 50HZ 操舵台主电源220V AC 50HZ 操舵台应急电源24V DC 3）性能指标 航迹自动操舵 a)控制类别：Category C，所有航迹段均可以执行航迹控制的控制系统 b)航行模式：等航向模式、大圆航行 c)控制精度：3级海况下，航迹偏差小于100米 航向自动操舵 a)控制方法：自适应控制； b)控制精度： 表1 海况偏航角 1～2级≤1.0° 3～4级3±0.5° 5～6级6±1° c)航向设定参数调节精度：0.1°； 随动操舵 a)操舵灵敏度：≤1°（0.5°-1°可调）； b)跟踪精度：≤1°(正舵≤0.5°)； 4系统原理图 DC-6X系列自动操舵仪主要包括船舶航行控制和舵机动力控制两大功能。 船舶航行控制包含航迹、航向、随动、应急等控制功能，发出操舵命令控制船舶舵叶偏转。舵机动力控制部分主要控制舵机液压泵组的启动、停止以及舵机泵组运行报警信息的采集、发送及接收功能。当故障发生时，报警系统向驾驶室、集控室或其它远程报警单元发出报警信息，提示驾驶员及时检查。船舶航行控制和舵机动力控制的结合，共同实现船舶对舵

船舶操纵

4.4 船舶操纵控制 船舶操纵是指船舶驾驶员根据船舶操纵性能和风、浪、流等客观条件，按照有关法规要求，正确运用操纵设备，使船舶按照驾驶员的意图保持或改变船舶水平运动状态的操作。下面介绍现代船舶航向控制和船舶主机遥控操纵。 4.4.1 船舶操纵基本原理 船舶操纵是一个大系统，由人、船舶和操船环境三个小系统构成，如图4–24所示。该系统中，船舶驾引人员是主要组成部分，他们通过掌握和处理大量信息，将操船指令输人船 舶，使船舶保持或改变运动状态而达到预期的目的。图4–25为船 舶驾引人员操纵船舶流程。图中信息A 为本船运动状态，信息B 为自然环境，信息C 为航行环境，信息D 为操船手册。 操纵船舶运动的机构，主要有舵和推进动力装置。舵是船舶操纵的重要设备，操舵者通过操舵可以使船舶保持或改变其航向，达到控制船舶方向的目的。推进器是指把主机发出的功率转换为 推船运动的专用装置或系统，目前应用最广泛的推进器是螺旋桨。 螺旋桨分为等螺距螺旋桨、 变螺距螺旋桨、固定螺距螺旋桨（FPP ）和可调螺距螺旋桨（CPP ）等不同类型。 20世纪50年代以来，船舶自动化经历了单元自动化、机舱集中监测与控制以及主机驾驶室遥控等几个阶段。随后，由于计算机技术和自动化技术在实船上的应用，以及空间技术和通信技术的发展，使得船舶自动化由机舱自动化朝综合自动化和智能化方向发展。 螺旋桨转速舵 角锚的使用缆的使用 拖船的使用 图4–25 船舶操纵流程图 4.4.2 船舶航向控制 船舶航向控制的主要任务有二：一是保持航向；二是航向跟踪。航向操纵部分——自动操舵系统自1922年自动操舵仪（也称自动舵）问世到今天，已经历了机械式自动舵、PID 自动舵和自适应自动舵三个发展阶段，目前正处于第四个研究发展阶段——智能自动舵。 1. 自动操舵系统

操舵装置操舵装置的控制系统

操舵装置操舵装置的控制系统 操舵装臵 能够使舵转动的装臵称为操舵装臵，通常指安装在舵机舱内的舵机和传动机构。根据动力源的不同，操舵装臵可分为电动操舵装臵和液压操舵装臵等；根据有关公约和规范，操舵装臵又分主操舵装臵和辅助操舵装臵。 主操舵装臵：系指在正常情况下为驾驶船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装臵动力设备(如设有)以及附属设备和向舵杆施加转矩的设施(如舵柄或舵扇)。 其中，转舵机构系指将液力转变为机械动作转动舵的部件。舵机装臵动力设备指： (1)如为电动舵机，系指电动机及辅助设备； (2)如为电动液压舵机，系指电动机及辅助的电气设备，以及与电动机相连的泵； (3)如为其他液压舵机，系指驱动机器及其相连的泵。主操舵装臵应在驾驶室和舵机室都设有控制器。 辅助操舵装臵：系指在主操舵装臵失效时，为驾驶船舶所必需的设备。这些设备不成属于主操舵装臵的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同样用途的部件。 动力转舵系统：系指提供动力转动舵杆的液压设备，由1个或几个舵机装臵动力设备及辅助管路和附件，以及转舵机构所组成。各个动力转舵系统可共用一 些机械部件，如舵柄、舵扇和舵杆或作同样用途的部件。 (一)电动操舵装臵 电动操舵装臵主要是指电动舵机。它由电动机、蜗轮、小齿轮、舵扇、缓冲弹簧和舵柄等组成。 当由驾驶室操舵装臵控制系统遥控电动机转动时，通过蜗杆、蜗轮、小齿轮带动松套在舵杆的舵扇旋转，舵扇再通过缓冲弹簧推动键套在舵杆上的舵柄，从而使舵杆和舵偏转。

采用蜗杆蜗轮的传动方式主要是为了获得较大的减速比，以增大转矩；同时，可以利用其机械传动中的自锁作用，防止舵叶在受外界冲击作用下发生逆转现象，从而起到保护电动机的作用。缓冲弹簧的硬度较大，平时在正常的力作用下，弹簧不会变形，并能顺利地传递转舵力矩；当舵叶受到外界巨大的冲击力作用时，弹簧能吸引冲击能量，起保护舵机的作用。 电动舵机结构简单，操作方便，传动可靠，维修方便，所以广泛使用于中小型船舶。 (二)液压操舵装臵 液压操舵装臵主要是指液压舵机，液压舵机也称电动液压舵机或电液舵机。它是利用电动机带动一主油泵运转，当有操舵信号时，主油泵开始排吸油，产生的高压油通过管路系统进入转舵油缸，推动油缸中的柱塞或叶片运动，从而带动舵杆、舵叶转动；当舵转至要求的角度后通过反馈系统使油泵停止排吸油，舵就停止在所需的舵角上。 液压舵机具有噪声小、体积小、重量轻、转矩大、传动平稳，能实现无级调速，易于遥控和容易管理，操作方便，在操舵次数频繁时仍有较高可靠性等优点，为现代船舶广泛采用。 常见的液压舵机有柱塞式和转叶式两大类。 1.柱塞式液压舵机 柱塞式液压舵机也称往复式液压舵机。目前，船上常用的有二缸柱塞式液压舵机和四缸柱塞式液压舵机。 柱塞式液压舵机一般由转舵机构、动力源和操纵追随机构三大部分组成。 动力源由电动机、主油泵、辅油泵和控制阀箱等组成。电动机带动丰、辅油泵供给工作需要的各种压力油，安全控制阀是起保护作用和对压力油的分配。 转舵机构由油缸、柱塞和舵柄等。当操舵装臵控制系统启动电机带动变苗泵

教学操舵仪

操舵仪模拟器 一、概述 该操舵仪模拟器运用现代控制技术，在开发了经典操舵仪手动、随动控制技术。采用先进的单片机技术操作监控界面，达到智能化水平。该操舵仪模拟器是专为船舶驾驶专业学习、训练用的，具备船舶广泛使用的操舵仪的功能，罗盘可模拟实船的转速和回转惯性。 典型操舵仪DD101 以大型散货船操舵仪为参考模型，实用性强。 二、技术指标 a．显示板：电源指示、运行指示； b．随动舵令发送范围±40°； c．舵角指示值±40°； d. 罗经盘360°、精度1°； e. 操舵方式：随动、应急、自动； f．海况选择：平静、中浪、大浪； g．船速调节：：进3、进2、进1、进微速、停、退微速、退1、退2、退3 h．供电源：交流220V ±2％50Hz 80W 三、功能简介 a．应急操舵：搬动操舵开关手柄进行左舵或右舵训练。此时舵角指示器将 显示实际的舵叶方向，如果停止搬动手柄，则舵角指示器将停止在相应的 角度。 b．随动操舵：随动操舵系统是指在操舵者发出操舵指令后，不仅可使舵 叶按指定方向转动，而且可以指定舵叶的转舵角度。在训练时转动随动舵

操舵手轮到某一位置，舵角指示器将同步指示该位置所对应的角度。即此 时舵机将带动舵叶按照一定的速度转到舵角指示器所指示的角度，舵角指 示器将滞后于舵令。 c．自动操舵：自动把定当前航向。 d．船速调节：可模拟船在水中的航行速度。分前进四个档位、停止、后退四个档位。 e．海况调节：可模拟海上天气，分平静、中浪、大浪种状态。 f．航向指示：罗经盘显示船舶的实际航向。通过船速、海况、操舵角度的 选择可使罗经盘相应的转动。 根据教学材料转速公式得出转速如下公式： 转速=海况±（基本值X 船速平方X sin（2 X 操舵角度）） 四、面板介绍 五、使用说明 首先接通总电源开关给系统供电，电源指示灯会亮起。然后启动舵机， 将舵机油泵选择开关打到1#启动或2#启动，相应的指示灯会亮起。之后 将操舵方式选择开关转换到相应的操舵方式上进行操舵。

浅谈对船舶操舵装置的检查

浅谈对船舶操舵装置的检查 船舶的操舵装臵是使舵产生动作，从而使船舶航行中改变航向及旋回运动的主要设备，也是船舶安全检查工作的一项重要内容，但长期以来由于受各种因素影响，我们往往忽视对这方面的检查，或是检查仅局限于表面。而操舵装臵是否处于良好可用的技术状态是关系到船舶航行安全的大事。作为主管机关必须在安全检查过程中加强对操舵装臵的检查，下面就如何检查船舶操舵装臵谈一点浅见。 一、船舶操舵装臵的种类。操舵装臵的种类和形式较多，但目前海船常用的操舵装臵主要有电动和液压两种，人力操舵装臵仅作为小型船舶的辅助操舵装臵。 二、SOLAS1974公约及其修正案和国内现行《海船法定检验技术规则》对操舵装臵的基本要求。 1、对操舵装臵的一般要求 （1）除下述4.（4）各款规定外，每艘船舶（国内500总吨以上的货船及所有客船）均应设臵一个主操舵装臵和一个辅助操舵装臵； （2）所有操舵装臵的部件和舵杆应为坚固和可靠的构造； （3）主、辅操舵装臵的布臵应使两者中之一在发生故障时，不致导致另一装臵不能工作。 2、主操舵装臵和舵杆应满足

（1）具有足够强度并能在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30°所需的时间不超过28S； （2）为了满足上述（1）的要求，当舵柄处的舵杆直径（不包括航行冰区的加强）大于120mm，该操舵装臵应为动力操作； （3）设计成在最大后退速度时不致损坏，但这一设计要求不需用最大后退速度和最大舵角进行验证。 3、辅助操舵装臵应满足 （1）具有足够的强度和足以在可航行的航速下操纵船舶，并能在紧急时迅速投入工作； （2）能在船舶最深航海吃水和最大营运前进航速的一半，但不小于7Kn时进行操舵，在不超过60S内将舵自一舷15°转至另一舷15°； （3）为了满足上述（2）条的要求，在任何情况下，当一舵柄处的舵杆直径（不包括航行冰区的加强）大于230mm时，该操舵装臵应为动力操作； （4）人力操舵装臵只有当其操作力在正常情况下不超过160N 时方允许装船使用。 4、主、辅操舵装臵动力设备的布臵应满足 （1）当动力源发生故障失效后又恢复输送时，能自动再启动； （2）能从驾驶台控制使其投入工作； （3）任何一台操舵装臵的动力设备在失电时，应在驾驶台发出声、光警报；

自动控制实验汇总

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：

水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。

上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。

自动操舵仪操作规程

CSGZ 版本号：QSMS-2 文件编号：QSMR-NA4-D-01 页次：1/1 HQ-系列型自动操舵仪操作规程 一.根据需要将机组选择开关由停止位置转到I或II的位置来接通I或II舵机机组。 二.视情况调整“亮度调节旋钮”使罗经面板航向改正及舵角指示器到所需的亮度。 三.向下拉航向匹配旋钮的保险销并按住航向匹配旋钮，转动该旋钮修正自动舵面板上的航向指示刻度盘与陀螺罗经的同步误差。（无特殊情况勿动该旋钮） 四.手动操舵： a.先将操纵选择开关转到手动位置。 b.操作左及右两个手柄即可操纵左、右两台舵机至所要的舵角位置（舵角指 示器位于操纵台的左边）。 c.当要操某一舵角时，操纵操舵手柄并看住舵角指示至该舵角之前就要松开 手柄，此时舵就转到所要求的舵角位置。 五.随动操舵： a.将操纵选择开关转到随动位置。 b.转动手轮到所要的舵角位置，即可操纵舵机进行左、右操舵。 六.自动操舵： a.当要走某一即定的航向时，先用随动操舵将船首稳定在该航向上。 b.向下拉航向改正旋钮保险销，并按住航向改正旋钮，转动该旋钮使航向改 正显示窗内的航向刻度至所要走的航向。 c.将操纵选择开关转到自动的位置，舵机即可自动操舵。 七.面板上的各旋钮的功能： a.灵敏度调节旋钮（也称天气调节旋钮） 在良好海况下，灵敏度可以调节高些；反之，在恶劣海况下，灵敏度应调低些。 b.比例调节 调节时应根据海况、船舶装载情况和舵叶浸水面积等不同情况而定。海况恶劣、空载、舵叶浸水面积小，应选用高档；风平浪静船舶操纵性能好时用低档。 c.微分调节 重载、旋回惯性大时微分要调大；反之，要调小。海况恶劣，微分作用要调小或调至0。 d.压舵调节 (1)将压舵调节选择开关转到压舵位置，然后调节面板上的压舵旋钮使舵叶 偏转一个固定的角度，以抵消单侧偏航作用。 (2)当有不对称偏航情况下，应将压舵调节选择开关转到积分位置，舵机就 可自动向左或向右进行压舵。 e.航向改变调节 在使用自动舵时用来改变航向。若要向右改变航向5°，按下旋钮，向右转到5°处，待船舶转到给定航向时，指针能自动回零，不需人工复位。 （航向改变调节只供小角度的改向用） f.面板右边的检测旋钮和消音按钮分别用来检测舵机工作状况及消除故障报 警 八.要关闭舵机请将机组选择开关打到停止位置即可。

船舶自动舵的发展

船舶自动舵的发展 0942813220 刘磊 摘要：综述了航海自动舵的技术史和今后发展趋向以及就船舶操纵自动舵的工作原理和方法方面进行了综述。 关键词:自动舵技术发展过程自动舵发展趋向自动舵的原理自动舵的工作方法船舶借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港出发按计划的航线到达预定的目的港。由此可见，操舵系统是一个重要控制系统，其性能直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性。自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行,是操纵船舶的关键设备。系统的调节对象是船，被调节量是航向。自动舵是一个闭环系统，它包括：航向给定环节；航向检测环节；给定航向与实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机构；舵；调节对象—船；舵角反馈机构等。自1922年自动舵问世到今天, 代替人力操舵的自动舵的发展确实取得了长足的进展, 在相当程度上减少了人力, 节约了燃料, 降低了机械磨损, 但是距离真正意义上的操舵自动化还有相。当大的距离。 本文在展望人工智能控制舵之前先对目前的自动舵进行简要的回顾，再对船舶操纵自动舵的构成和工作原理方面进行了综述。 一．自动舵的技术发展历史 1.传统的自动舵 1922年Minorsky和Sperry分别从数学角度和陀螺罗经在船舶上的运用角度各自发表了论文, 这两篇论文可以看作是对船舶自动舵作出了最早的贡献。1923年,Minorsky设计的自动舵就装在新墨西哥的战舰上投人了试验。 早期自动舵以机械结构为基础,仅能对航向进行初步控制, 今天我们将这种控制方法称为“比例（P）控制”。这是由于自动舵舵角的偏转大小是和船舶偏航角成比例的。下面的公式可表示比例控制的规律：

自动导航

自动导航（NAV）（设定航向航行）（可选）人工（HAND）（应急操舵）遥控1[RC-1（遥控操舵仪）]（可选）遥控2[RC-2（遥控操舵仪）]（可选）4)警报设备（视觉及听觉警报）独立报警自动舵电源故障（POWER FAIL）陀螺罗经电源故障（GYRO PWR FAIL）复示器电源故障（REP PWR FAIL）故障（CPU FAIL）舵机控制故障(RUD CONT FAIL) 集控报警系统故障（SYSTEM FAIL）模式故障（CPU MODE FAIL） 警戒（CAUTION）性能显示器可显示个性化报警（除电源故障、CPU故障外）5）液压 动力单元气缸轴向压力15KN(1.5tf) 4MP(40kgf/cm2) 气缸冲程10英寸（254mm）12英寸（304.8mm）气缸速度（一舷满舵至另一舷满舵所需时间）18s-28s 舵角范围左舷35°至右舷35°最大操纵油压力5MPa(50kgf/cm2) 电动机速率 1.5kw 4p 1800min-1(1800转/分) 液舱容积40(每油槽) 1.3操纵原理PR-7000型自动舵系统有六种操作模式.以下对每种操纵模式进行简单的介绍。 1.3.1操纵模式1)CPU 利用微处理器控制的自适应舵的通用名AUTO 在陀螺罗经基础上的自动操舵控制模式(可选择磁罗经操纵) RATE 利用舵轮按转动速率操舵的控制模式NAV 在预先设定的航向基础上自动导航模式(可选择安装且完全内置) 2) HAND 利用舵轮进行随动控制3) NFU 利用操纵杆控制的应急模式4) REMOTE 利用遥控器控制的随动模式 1.4 结构和功能陀螺罗经型舵轮台内置TG-5000型陀螺罗经。两类舵轮台均具有相同的自动舵功能该导航仪型舵轮台为水密结构，适合于以上各项功能的要求，由以下部件组成：一般来说，由于需要考虑到设计图应满足使用要求，操纵简便及构造、功能、功能监测、警报等一系列要求，该舵轮台部件布局比较合理。1）面板2）舵轮部分3）放大器部分4）继电器部分5）电源供给部分6）外部终端交换器1．4．1面板面板根据不同功能，分为以下几部分1）操舵复示器2）监视器面板3）开关面板4）按钮面板5）NAV面板航向偏差显示(COURSE DEV’N) 该显示器显示的是船首向和设定航向间的偏差，当航向偏差小于10°时，则每偏一度校正一次，当航向偏差10°至30°时，每偏两度时校正一次，当航向偏差超过30°时，显示器两边为超量程显示。3）开关面板在开关面板上可进行导航操作及选择，在面板正面，系统选择开关可选择两种导航模式之一，模式选择开关可选择导航舵模式。航向设定（COURSE SETTING）用于自动舵及设定航向显示（DRDER）。第二章操作程序及步骤PR-7406-L，PR-7506-L和PR-7507-L的操作非常简单，直接在舵轮台上就可启动、关闭操舵仪。转换SYSTEM SELECTOR SWITCH,可选择NO.1系统或NO.2系统，转换MODE SELECTOR SWITCH,可选择CPU操舵，手操舵，应急舵（NFU）及遥控舵(RC-1、RC-2)，此外，对于CPU操舵仪，可通过按钮开关选择自动操舵、积分舵、及自动导航操舵仪模式。PR7507-L内置陀螺罗经TG-5000，陀螺罗经操作非常简单，可直接在舵轮台上启动、关闭陀螺罗经运行。2．1陀螺罗经（TG-5000）启动当磁罗经已给出了船舶船首向后或通过测定岸壁的方位得出船首向时，应依据以下步骤启动陀螺罗经：a)将开关面板上的MODE SWITCH（模式选择开关）转到“SLEW”档，等待一段时间直到红灯亮起。（大约4分钟）b)当灯亮起时，将旋钮开关向左或向右转动，然后，根据所指示的真方位调节罗经盘（用于同步）c)将MODE SWITCH（模式开关）转到“RUN”档（此时，一盏绿灯会亮起），在这种情况下，陀螺罗经稳定运行需要大约两小时。当船舶的航向未知时，应将开关面板上的MODE SWITCH（模式开关）转到“RUN”位置（此时，会亮起一盏绿灯），在这种情况下，陀螺罗经稳定运行需要大约四小时。注意：需要将MODE SELECTOR SWITCH(模式选择开关)从“SLEW”转至“RUN”档时，应先将该开关先转到“OFF”，然后在转到“RUN”档。要停止陀螺罗经时，应将开关面板上的MODE SWITCH转到“OFF”档。陀螺罗经具有速度误差校正功能，在速度误差校正完毕后，速度误差的改正量将被输入位于主罗经内的随动系统校正放大器。速度误差与船首方向角的余弦成正比例，速度误差的极性在船舶南北航行

船舶常识之二

船舶常识之二------船舶设备（上） 浪迹天涯 作为一艘船舶，特别是远洋船舶，无论是货船还是客船，为了航行、停泊、装载、运输的需要，为了船舶在营运中的安全，按照船舶建造规范的要求和相关国际公约的要求，必须具有和配备各种各样相关的设备，这些设备根据用途的不同，分别安装在不同的位置，分属于不同的船舶设备家族，并分别由船上相关的 不同部门进行管理，维护和使用。 从船舶的建制方面，货船上一般分为三个部门：甲板部，轮机部、业务部，客船上还有客运部。各部门人员的组成及所分管执掌的工作范围已在拙文《船舶 常识之一---船舶建制》中做了介绍。 船舶设备，根据执掌部门的不同和安装的位置，习惯上分为机舱设备和甲板 设备。 各种设备，根据其用途不同，可大体分为：动力与操纵设备，系泊设备、助航设备，通讯设备、装卸设备、消防设备、救生设备，防污染设备、生活设备等。 动力与操纵设备MOVING AND MANOEUVRING EQUIPMENTS 动力与操纵设备是船舶最基本的设备，主要用于控制船舶航行，停泊（包括靠泊和锚泊）等各种状态，是船舶最主要的设备。一般认为，操纵设备主要包括四机一炉，即船舶主机，辅机、舵机、锚机、锅炉，并有其他的辅助设备。 主机MAIN ENGINE

主机，是船舶的最主要的动力设备，装于机舱，由轮机部负责使用，操纵、保养和维修，具体责任人是船舶大管轮。 现代船舶的主机都是四冲程低速柴油机，根据主机的机型不同，有五缸机，和六缸机，吨位较大的船舶绝大部分的主机都是六缸机，四缸机与五缸机已经不多见。根据船舶种类和吨位的大小，主机的功率也不相等。比如，同样吨位的船舶，集 装箱船比散货船的功率就大得多。 主机的作用是带动船尾船体外面的螺旋浆旋转，作为船舶的推进动力。主机与螺旋浆之间通过尾轴连接。在商船上，一艘船舶一般只装有一台主机。 与主机配套的辅助设备还有供主机使用的各种供油管路、油泵，水泵、压缩空气 系统，排烟系统，冷却系统等。 现代船舶，主机的启动和操纵一般分为三种方式： 1．驾驶台遥控操纵 驾驶台遥控操作，也称驾机合一，是机舱将主机按程序备妥后，通过转换开关，将机舱操纵方式转到驾驭台操纵。这样在驾驶台上，驾驶人员可以直接通过对车钟的操作来达到对主机的各种操作。 2. 机舱控制室操纵 这是最基本的操纵方式，是在机舱控制室内对主机进行操纵，也是属于遥控操纵方式。当驾驶台需要用车时，通过车钟将所需要的车速传到机舱，机舱人员（一般值班轮机员）立即按照驾驭台的指令，开出驾驶台所要求的车速，并发出 回复的信号。 3．机旁操纵