电动液压舵机的工作原理及使用管理

电动液压舵机的工作原理及使用管理
电动液压舵机的工作原理及使用管理

毕业专题论文

电动液压舵机的工作原理及运行管理

The working principle and management of the electro-hydraulic steering gear

学生姓名张学印

所在专业轮机工程

所在班级轮机1062

申请学位学士学位

指导教师陈波职称讲师副指导教师职称

目录

摘要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 引言 .. (1)

1 舵机的工作要求及工作原理 (1)

1.1对舵机的工作要求 (1)

1.2阀控型液压舵机工作原理 (2)

1.2.1 工作原理 (2)

1.2.2 压力控制 (3)

1.2.3 补油、放气和舵角指示 (4)

1.3泵控型液压舵机工作原理 (5)

1.3.1 工作原理 (5)

1.3.2 主油路的锁闭 (6)

1.3.3 工况选择 (6)

1.3.4 压力保护、补油、放气和舵角指示 (7)

2 潜在故障分析 (7)

2.1液压系统故障 (8)

2.1.1 可能引起的故障及分析 (8)

2.1.2 预防措施 (8)

2.2电子系统故障 (9)

2.2.1 通信故障 (9)

2.2.2 遥控故障 (9)

2.2.3 预防措施 (9)

2.3电力系统故障 (9)

2.3.1 主要故障及危害 (9)

2.3.2 预防措施 (10)

3 舵机的工作要求及日常管理 (10)

3.1舵机的日常管理 (10)

3.1.1 系统的清洗和充油 (10)

3.1.2 舵机的试验和调整 (10)

3.2舵机日常管理注意事项 (11)

结束语 (11)

鸣谢 (12)

参考文献 (13)

摘要

船舶的操纵性,是船舶的主要航行性能之一,而舵机系统是船舶操纵性的有力保证。本文主要讲了三大方面的问题,首先通过对舵机工作要求的分析引出了对船舶舵机的工作原理的分析;然后根据舵机工作原理和液压系统特点分析了可能存在的潜在故障及形成原因和预防措施;同时又对船舶舵机日常使用及管理做了简要的介绍论述,希望能对有关人员在进行舵机操纵使用时能够有所启迪,以确保船舶日常航行的安全,减少不必要的伤害和损失。

关键词:液压舵机;故障分析;日常管理;

ABSTRACT

ABSTRACT

Ship handling is one of the main navigation performances of ship, and steering system is an effective guarantee for ship maneuverability. This article stresses three major problems, first of all, The analysis of working requirements of steering gear leads to the analysis of the working principle. then under the working principle and the features of the hydraulic systems, it analysis the possible formation of potential failure and the causes and prevention measures. And then, it makes a brief introduction of the daily use and management. Hope that the article can edify the people who’ll use and maneuver the steering gear to ensure the safety of the daily sailing and reduce unnecessary harm and loss by the introduction of the use, principle of use, the composing, classify of the rudder and the steering gear, and the discussing of the daily use and management of steering gear.

KEYWORDS: Hydraulic steering gear, Malfunction analysis, Daily management

电动液压舵机的工作原理及运行管理

轮机工程, 200611821230,张学印

指导教师:陈波

引言

船舶能够在水中按照驾驶者的意图航行,使船舶改变航向或维持指定航向,是依靠改变安装在船舶尾部的船舵的位置来实现的。而舵之所以能够自由偏转移动离不开动力资源的支持,它的动力就来自于整个舵机操作系统。

1 舵机的工作要求及工作原理

1.1 对舵机的工作要求

舵机是保持或改变船舶航向,保证安全航行的重要设备,一旦失灵,船即会失去控制,甚至事故。因此,我国《钢质海船入级与建造规范》(2006)根据《国际海上人命安全公约》(SOLAS公约)的规定,对舵机的基本技术要求是[1]:

(1) 必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置。或主操舵装置有两套以上的动力设备。当其中之一失效时,另一套应能迅速投入工作。

主操舵装置应具有足够的强度并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何一舷35°转至另一舷的35°,并且于相同的条件下,自一舷的35°转至另一舷的30°所需的时间不超过28s。此外,在船以最大速度后退时应不致损坏。

辅操舵装置应具有足够的强度,且能在船舶处于最深航海吃水时,并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时,能在不超过60s内将舵自任一舷的15°转至另一舷的15°。

(2) 主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器。当主操舵装置设置两台动力设备时,应设有两套独立的控制系统,且均能在驾驶室控制。但如果采用液压遥控系统,除1万Gt以上的油轮(包括化学品船、液化气船,下同)外,不必设置第二套独立的控制系统。

(3) 对舵柄处舵杆直径大于230mm(不包括航行冰区加强)的船应设有能在45s内向操舵装置提供的替代动力源。这种动力源应为应急电源位于舵机室内的独立动力源,其容量至少应能向符合辅操舵装置要求的一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独立动力源只准专用于上述目的。对1万Gt以上的船舶,它应至少可供工作30min,对其它船舶为10min。

(4) 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[2]。

(5) 对1万Gt以上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些附加要求:当发生单项故障(舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外)而丧失操舵能力时,应能在45s 内重新获得操舵能力。

舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成。或至少有两个相同的动力转舵系统,在正常运行时同时能满足主操舵装置要求,其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现,有缺陷的系统应能自动隔离,使其余动力转舵系统安全运行。

有的转舵机构虽不能分隔成两部分,但如经过严格的应力分析(包括疲劳和断裂分析)、密封设计、材料选用和试验,则也可允许用于1万Gt以上、10万Gt以下的油船、化学品船、液化气体运输船。在这种情况下,只对管系或动力设备而不对转舵机构提出下列要求:即当发生单一故障时应能在45s内恢复操舵能力。

(6) 能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何部分均应设置安全阀。安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压力;安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的110%,在此情况下,压力的升高不应超过开启压力的10%,且不应超过设计压力值[3]。

(7) 当主操舵装置要求动力操作时,应设有1个固定贮油箱,其容量至少足以使1个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。贮油箱应以管路固定连接,使液压系统能在舵机室内便于充液,并应设有液位计。

(8) 应设置两个独立的控制系统,且每个系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时,除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外,不必设置第2个独立控制系统。

(9) 驾驶室和舵机室应固定展示带有原理框图的适当操作说明。此说明应表明操舵装置控制系统和动力转舵系统的转换程序。

(10) 由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设2路独立馈电线直接供电,但其中的1路可以由应急配电板供电。

目前稍大一些的船舶一般都采用电动液压舵机,它一般由电动和液压操控两部分组成。电动部分主要存在于驾驶台和机舱的信号交流,以及机舱里的电力动力支持和一些自动化元件的电动控制;而液压操控系统可分为阀控型和泵控型两大类。下面分别做以介绍:

1.2 阀控型液压舵机工作原理

下面以川崎RV型舵机为例来介绍阀控型舵机的组成和工作原理,图1-1所示为它的液压系统图。

1.2.1 工作原理

阀控型舵机的液压泵采用单向定量泵1,舵机工作时泵按既定方向连续运转,吸、

排方向和排量不变,向转舵油缸供油的方向由M 形三位四通电液换向阀4控制。驾驶台给出的指令舵角信号和与舵柄(或舵柱)相连接的舵角反馈发讯器8发出的实际舵角信号相比较,当两者偏离时,舵角偏差信号经放大后,根据偏差方向不同,使换向阀相应一侧的电磁线圈通电,于是阀芯从中位向一端偏移,向某侧转舵油缸供油,另侧油缸的油路则由换向阀通回泵的吸口(闭式系统),油缸中的柱塞移动,推动舵柄和舵叶转动。 当舵转至反馈发讯器8送回电气控制系统的实际舵角信号与指令舵角信号相符时,换向阀电磁线圈断电,阀芯回到中位,泵的排油经换向阀卸荷,通转舵油缸的油路被封闭,舵叶停在与指令舵角相符的舵角。

当指令舵角偏离实际舵角的方向相反时,换向阀的另一侧线圈通电,阀芯偏移的方向及转舵方向也就相反。

1.2.2 压力控制

舵机液压系统应设安全阀,它在两种情况下起作用:

(1) 转舵时若转舵力矩过大,管路中油压高于调定值时安全阀会开启,使高压侧油液与低压侧旁通,以避免管路和液压元件承受过高压力,并防止电机过载。

图1-1 阀控型舵机的液压系统图

1-单向定量泵;2-单向补油阀;3-旁通阀;4-三位四通电液换向阀;5-单向阀;6-安全阀组;7-放

气阀;8-舵角反馈发信器;9-舵角指示发信器

(2) 舵叶停止转动时,若受大浪或其他外力冲击,安全阀也会因油压升高而开启,允许舵叶暂时偏让而“跑舵”;当冲击舵叶的外力消失后,由于实际舵角偏离指令舵角,换向阀会自动离开中位,直至舵转回到与指令舵角相符为止,起后一种作用的安全阀亦称“防浪阀”。

根据《钢质海船入级与建造规范》(2006)的要求,阀控型舵机能被换向阀隔断的前后油路,均应设置安全阀。本例的安全阀组6设在换向阀后,可作防浪阀用;而液压泵和换向阀之间的油压限制,本例是通过单向阀5由换向阀后的安全阀来兼替。

1.2.3 补油、放气和舵角指示

闭式油路都需要解决补油问题,因为高压侧油液难免会有外漏(例如从液压泵或液压控制阀漏回工作油箱),这样低压侧油路的油压就可能会太低,可能产生气穴或吸进空气,使泵的容积效率降低,噪声增大,甚至造成泵损坏(某些斜盘泵球铰可能拉坏)。本例设在工作油箱中的液压泵的两侧油路都设有补油单向阀2,当主油路压力过低时可以从油箱补油(当舵叶在负扭矩下转得太快时,泵排出侧也可能出现低压);也有的阀控型闭式系统是通过高位油箱补油。工作油箱设有空气滤清器、油温计、低油位报警器(油位过低时会发出警报并自动切换备用的泵和系统)。

闭式系统各转舵油缸偏近端部的上方设有放气阀7,以便初次充油或其他必要时候释放空气。

为了了解舵叶所处的实际舵角,便于舵机的调试和驾驶人员对船舶的操纵,除了转舵机构有机械舵角指示外,还设有与舵柄或舵杆相连的电动舵角指示器的发讯器9,可在驾驶台、集控室、舵机室以及轮机长、船长住舱等处显示舵角。电动舵角指示器通常是一对电路相连的自整角机,两者转子的角位移始终同步。

阀控型舵机也可以采用开式系统,即换向阀的回油管通回到工作油箱,泵从工作油箱吸油。开式系统油散热较好,系统内有空气容易释放,但回油管上应设由泵排出压力远控的顺序阀,以免舵承受负扭矩时转的太快,导致泵来不及供油以至排压过低产生气穴、噪声和液压冲击。

阀控型舵机采用单向定量泵,系统及控制相对简单,造价较低。缺点是不转舵时泵仍以全流量排油,经济性稍差,油液发热要多些,适用功率比泵控型小。

对于尺寸既定的转舵机构来说,液压泵的流量决定了转舵速度;泵的工作油压除很小部分用于克服管路阻力外,主要取决于推动转舵机构所需的力,即取决于转舵扭矩。舵机最大工作油压就是产生公称转舵扭矩时泵出口处的油压。泵的额定排出压力不得低于舵机最大工作压力。舵机最大工作油压选得越高,转舵机构的尺寸就越小,泵的额定流量和管路直径也相应减小,整个装置的尺寸和重量就会变小。但上述指标并非随工作油压提高以线性关系减小,过高的工作油压将对液压元件及管理水平提出更高要求,目前舵机的最大工作油压已达24.5 MP。

1-补油单向阀;2-主油路锁闭阀;3-主油路安全阀;4-舵角发信器;P 1、P 2主泵;V 1、

V 2、V 3、V 4截止阀;V b1、V b2旁通阀 1.3 泵控型液压舵机工作原理

下面以川崎F2l 型舵机为例来介绍泵控型液压舵机的组成和工作原理,图1-2所示为它的液压系统图。

1.3.1 工作原理

泵控型舵机的主泵早期用径向柱塞式变量泵,现在多用斜盘式或斜轴式轴向柱塞变量泵。工作时主泵连续按既定方向运转,吸、排方向和排量由变量控制杆(改变泵的斜盘倾角或缸体摆角)偏离中位的位移方向和大小来控制。主泵变量控制杆偏离中位的位移方向和大小与指令舵角信号和实际舵角信号相比较得到的舵角偏差信号有关。当舵角偏差达到不很大的数值时,变量控制杆的位移即已达到最大值,主泵即以最大流量去推动转舵机构转舵,直至实际舵角接近指令舵角时,主泵的流量才逐渐减小;而当实际舵角等于指令舵角时,泵回到零排量的中位空转,舵叶即因主油路锁闭而停在与指令舵角相符的位置。

图1-2 泵控型舵机的液压系统图

1.3.2 主油路的锁闭

每一闭式主油路中设有油路锁闭阀2,本例是一对靠主泵油压启阀的带卸荷阀的双联液控单向阀,其结构原理图如图1-3所示。在主泵排油压力P 1或P 3的作用下,它能自

动顶开排油侧单向阀4,同时通过控制活塞2和卸荷阀3使回油侧的单向阀也开启,沟通主泵与转舵油缸间的油路。而在两种情况能将主泵出口油路锁闭:

(1) 舵转到指令舵角而主泵停止供油时,两侧单向阀在弹簧作用下自动关闭,防止舵压力使转舵油缸内的油液经主泵漏泄而跑舵。

(2) 锁闭备用泵油路,防止工作时油经其漏泄而影响转舵。

主油路锁闭阀也可以是靠辅泵油压控制的液控两位四通阀。泵装置起动后,其配用的主油路锁闭阀由辅泵泊压推移换位,使主泵通转舵油缸的两条主油路接通;泵装置停用则其辅泵不排油,其配用的主油路锁闭阀靠弹簧复位,则通转舵油缸的两条主油路锁闭。靠辅泵油压启阀的主油路锁闭阀可使主油路的压力损失较小,而且辅泵失压时即停止转舵。

如果主泵装有机械防反转装置(如防反转棘轮),也可不设主油路锁闭阀。

1.3.3 工况选择

川崎F21型舵机一个显著的特点就是具有多种工况地选择,对应对海上不同海况提供了相对比较灵活的方式,现简介如下。

主油路中设有四个连通阀V l 、V 2、V 3、V 4,通常是常开,可使转舵油缸C l 、C 3和C 2、C 4各成一组,分别与主泵的两条油路相通。此外,两闭式系统主油路还分别设有旁通阀

V b1和V b2。四柱塞油缸的舵机可有以下三类工况:

(1) 单泵四缸工况——适于开阔水面正常航行。其最大扭矩等于额定转舵扭矩,转舵时间能满足规范要求。

(2) 双泵四缸工况——适于进出港或窄水道航行或其他要求快速转舵的场合,转舵速度约较单泵双缸快一倍,而转舵扭矩与上述工况相同。

(3) 单泵双缸工况——万一某缸漏油时采用。此时舵机能产生的最大转舵扭矩比四缸工作时减少50%;若航速未降低,必须避免大舵角操舵,

否则工作油压可能超过最

图1-3 油路锁闭阀结构原理图

1-阀体;2-控制活塞;3-卸荷阀;4-单向阀

大工作油压,使安全阀开启。这种工况在安全阀3未开启的前提下,转舵速度约比单泵四缸快一倍。

在海上航行时选用以上各种不同工况时,相应地各阀件也要做出相应地变化,以适应新的工况运行。

本舵机的各种工况各阀启闭情况如下表所示。

表1-1 川崎舵机工况选择表

可见,本舵机能够满足对舵机基本性能的要求,不需另设辅操舵装置。但手动开关连通阀和旁通阀,在发生故障(例如系统某处漏油)以致丧失操舵能力时,不可能在45s 内重新恢复操舵能力,故不能满足 1 万总吨及以上的油船、化学品船和液化气体运输

船对舵机的要求。为此,可将两组连通阀 V

1、V

2

和 V

3

、V

4

分别换成两个两位四通电液

换向阀,并在工作油箱内设低液位开关,当系统某处漏油导致某工作油箱油位过低时,能自动检测并从四缸工作切换成由未漏油的油箱和相应的泵与两个油缸工作。

1.3.4 压力保护、补油、放气和舵角指示

本舵机的主泵置于油箱内,两个油口处都设有补油单向阀1,压力降低时能从油箱中吸油补充。泵控型闭式系统也有的靠辅泵经单向阀向主泵两侧的主油路补油。

泵控型舵机每一闭式油路各设有一对安全阀3。此外,舵柄上也设有舵角发讯器4;各转舵油缸也设有放空气阀(图中未示出)。

2 潜在故障分析

由于舵机操作系统主要靠液压操控,根据对上述两个实例工作原理及舵机工作要求的分析,特从以下两点分析探讨,在实际工作中可能遇到的问题及相应地预防措施。

2.1液压系统故障

2.1.1 可能引起的故障及分析

系统密封情况不良将会造成整个操作系统液压油供应不足,并可能使得系统管道内进入空气,根据这些特点,将有可能造成以下故障:

⑴不转舵或转舵速度慢[4]

①因为舵内液压油流量小,迟迟不能供应足够压力的操控油,造成操舵反应缓慢或没有反应。引起原因可能是油箱油位较低;油箱、管路接头、阀等泄露严重。

②舵卡阻,转动摩擦力较大,使舵不能正常运转甚至不能运转。

③系统中的单向节流阀开度太小或者安全阀压力设置太低。

④系统内进入了太多空气。

⑵跑舵[5]

维持既定舵角期间液压油泄露,所供应的持舵压力不能与水动力保持平衡造成的。

⑶游舵

因为双泵同时工作时,换向阀设定调节不一致或调好后出现松动,从而造成舵停不稳,左右摆动。

⑷单边舵故障[6]

主要因为单边油缸或安全阀内泄漏严重,造成单边舵不能正常工作。

⑸系统压力过高

安全阀的调定压力过高或者单向阀阀芯卡死造成的。

⑹舵机温度升高[7]

①管路系统不够清洁或液压油粘度过高,管路阻力太大引起。

②各节流阀或单向阀的节流作用造成功率损失过多。

③滞舵时间过长或发生了游舵现象。

⑺应急反应不够灵敏

因为船上的备用系统没有按规定配备,从而造成需要应急时,不能很快响应或根本不能响应。

其实,各种故障并非单独存在的,有些是有一定内在联系的。像舵机温度升高,可能是因为操舵力矩不足造成的不转舵或舵速慢引起的,也可能是因为滞舵和跑舵引起。所以当遇到故障不能从一方面简单入手,要找到其关键问题所在,从而制定出合理的解决方法,能够更快地是舵系恢复操舵能力。

2.1.2 预防措施

从以上对潜在故障的分析可以发现,液压系统的故障主要由于系统密封不良;各阀组件设置不当或安装不良;主油路锁闭不严;系统中存在空气等引起的。因此,应采取以下措施进行预防:

(1) 操舵装置应满足法规等各种规范等的要求,安装前应提供相关资料和图纸报船检部门审批,审批同意后严格按图施工[8]。

(2) 其安装应由具有资质的船厂负责,安装完成后应进行有关试验,试验合格经验收后方能交付使用。

(3) 加强巡查,严防油位过低、油温过高、泵卡阻等现象的出现。

(4) 加强管理,平时注意对整个系统的维护保养,要适时清洗系统和更换系统油。

2.2 电子系统故障

2.2.1 通信故障

主要包括驾驶员发出的舵令信号不能输出至舵机,舵机也接收不到舵令。驾驶台和舵机间无法正常或不能进行通话等。

这种故障在船上特别是海上航行时是一种致命的存在,极大可能会导致船舶安全事故的发生,譬如:触礁、搁浅、碰撞等。

2.2.2 遥控故障

(1) 遥控系统响应比较慢,不能及时达到既定舵角。

造成的原因可能是液压系统中混入了空气、阀件弹簧的张力过小,不能及时复位、换向阀的回油口部分堵塞或开度过小等[9]。

(2)舵不准。

这个是因为舵角反馈系统调整不当等原因,使得测得信号出现了偏差。还有一个原因就是像川崎RV舵机,两泵共用了一套浮动杆,当两泵变量机构中位调整不同步,两泵并联同时操舵时,舵会停在对应各泵中位的两不同舵角之间,这时两泵会产生方向不同的小流量,在两泵之间循环。

2.2.3 预防措施

(1) 注意对整个遥控系统的检查维护,同时注意对相关组件在适当的时候进行拆检并清洗。

(2) 充油后或者重新安装系统组件后,要注意排放系统中的空气。

(3) 对系统中各阀件的调试安装一定要按着说明书的说明并结合实际情况来进行安装使用。

2.3 电力系统故障

2.3.1 主要故障及危害

电力系统的故障主要是动力电路、配电板等电力输出故障,使电动机无法正常运转。或者是备用动力系统不能正常启动。其可能造成的危害主要是导致船舶舵动力系统失

效,是船舶在海上不能按照制定航向航行,并可能出现安全事故。

2.3.2 预防措施

电力系统的维护相对来说有较高要求,像湿度、温度等都有一定的限制。因此,在机舱那种温度和湿度都相对偏高的条件下,就要多巡查,并及时做好动力电力、配电板、电子遥控器件等设备的维护保养工作。同时,也要经常性检查并测试备用电力系统,以防因长时间的不用而不能应急启用。与此同时,在平时工作值班时一定要注意观察各表的指示参数,从而避免发生不必要的安全事故。

综上所述,舵机系统出现故障主要有以上三大类,根据其形成原因以及预防措施的分析,可以看出保证舵机正常运行的主要因素还是人为因素,一定要加强管理和工作时的巡查,从而避免一些不必要的故障出现[10]。

3 舵机的工作要求及日常管理

3.1 舵机的日常管理

3.1.1 系统的清洗和充油

通过以上对舵机工作原理及可能出现故障及引起原因的分析,可以看出液压系统的清洁对整个系统的正常运行起着非常重要的作用,因此,对于一个新装舵机,首先应使用专门的清洗油(环烷基油)30~40℃,如洗完不易放净,油中应加防锈剂和抗氧化剂,以防设备绣化产生新的杂质。

舵机安装完毕后,要充油才能正常使用,其正确地充油步骤如下:

(1)开启油缸上的放气阀、旁通阀,并经过滤器向油缸加油,直至放气阀处有连续的油流流出为止,关闭放气阀、旁通阀并停止加油。

(2)闭式系统经滤器向补油箱加油,开式系统向循环油箱加油,达到油位计指示的高位。

(3)在机旁用应急操舵的方法操纵主油泵,以小流量轮流向两侧转舵至30o,并反复开启油缸压力侧(柱塞伸出侧)的放气阀放气,直至柱塞运动平稳,无异常噪声为止。

(4)新装舵机以1.25倍设计压力进行密封性试验。

充油过程中要注意及时向油箱补油。系统空气排尽前不要让油泵长时间运转,以免空气与油液搅混后难以放尽。

3.1.2 舵机的试验和调整

舵机的测试是通过驾驶台和操控室通过对舵角来完成的,《液压舵机通用技术条件》对舵的控制、舵角指示、限位有如下要求:

(1)电气舵角指示器的指示舵角与实际舵角之间的偏差应≯±1o,而且正舵时须无偏差。

(2)采用随动方式操舵时,操舵仪的指示舵角与舵停住后的实际舵角之间的偏差应≯±1o,而且正舵时须无偏差。

(3)无论舵处于任何位置,均不应有明显跑舵现象。

(4)采用机械或液压方式操纵的舵机,滞舵时间应≯1 s,操舵手轮的空转不得超过半转,手轮上的最大操纵力应≯0.1 kN。

(5)电气和机械的舵角限位必须可靠,实际限位舵角与规定值≯30。

3.2 舵机日常管理注意事项

(1)油箱油位——应在油位计显示范围的2/3,油位增高说明进气或进水,油位降低过快说明泄漏。

(2)设备和液压油工作油温——适宜温度30~50℃,超过55℃使用冷却器。超过55℃,每升高9℃寿命降低一半。低于10℃不宜起动,室温太低应加热;如在-10~10℃之间,先空载运转加热。

(3)工作油压——排出压力和吸入压力必须符合正常数值。压力表阀常闭,用时打开,以防损坏。

(4)滤器——注意前后压差,及时清洗或换新,如发现金属屑必须查找来源。

(5)润滑——滑动表面浇涂适量工作油,长期停用涂润滑脂。加油润滑或油杯润滑必须足量。

(6)泄漏——舵杆不应渗水,液压部件不应漏油。出现泄漏,及时检修。

(7)振动与噪音——舵机应运转平稳、安静,通常是机械噪音、液体噪音等。

(8)连轴节——起动前盘动,如发现破裂应更换。

(9)阀和固定螺帽——防止松动或错位。

在日常的管理工作中,我们不妨也偷点懒,多动动脑筋。随着现在科技发展很快,人工智能化也越来越方便,这使得我们的工作也方便了很多。因为,去舵机舱比较麻烦,而且值班人员也不可能时时都到那里去,所以,我们不妨多采取些自动控制监控系统,以减轻工作人员的工作量,同时也能更快更方便地了解到故障所在,更有利于故障的排除。针对以上项目,我们可以采用低油位报警系统、高油温报警、油压监测、监测滤器前后压差等措施,以方便我们日常的管理工作。

结束语

本文主要做了舵机的工作原理、潜在故障形成原因及预防措施的分析及工作人员平时对舵机的使用管理和注意事项的相关讨论分析,阐明了舵机在日常使用中需要注意的问题及工作时的方式方法。同时也对船舶对工作舵机的要求的分析讲述来提醒大家,在海上安全航行之前需要做的准备及海上航行时需要注意的问题。

鸣谢

鸣谢

感谢我的论文指导老师——陈波老师对我的耐心指导和帮助;感谢大学四年里所有教过我、给予我帮助和关怀的老师们,感谢你们的耐心栽培和辅导;感谢我的父母、亲人和朋友对我的一贯支持和鼓励;感谢我的同学们给我的帮助;感谢国家和政府给我们提供良好的教育环境。

参考文献

参考文献

[1] 费千. 船舶辅机[M][第3版]. 大连:大连海事大学出版社, 2008. 143~146.

[2] 高小涛. 船舶舵机的营运检验[J]. 广东造船, 2010(01).

[3] 中国船级社. 钢质海船入级与建造规范轮机[S]. 北京:人民交通出版社, 1996.

[4] 黄灵勇. 液压舵机常见故障分析及检验[J]. 珠江水运, 1998, (03).

[5] 李成玉. “南海希望”轮电液舵机故障分析与排除[J]. 青岛远洋船员学院学报, 1996(02).

[6] 宋谦. 液压舵机故障分析与排除[J]. 中国修船, 1999(05).

[7] 杨宏源. 液压舵机温升问题的分析[J]. 战术导弹控制技术, 2004(01).

[8] 李近波. 广东内河小船电液舵机存在问题及其原因[J]. 造船技术, 2002(03).

[9] 陈朗. 影响恒压式液压舵机速度的因素分析[J]. 战术导弹控制技术, 2003(04).

[10] 张希文. 25t?m电动液压舵机故障的分析[J]. 航海技术, 1994(01).

详细的舵机控制原理资料

目录 一.舵机PWM信号介绍 (1) 1.PWM信号的定义 (1) 2.PWM信号控制精度制定 (2) 二.单舵机拖动及调速算法 (3) 1.舵机为随动机构 (3) (1)HG14-M舵机的位置控制方法 (3) (2)HG14-M舵机的运动协议 (4) 2.目标规划系统的特征 (5) (1)舵机的追随特性 (5) (2)舵机ω值测定 (6) (3)舵机ω值计算 (6) (4)采用双摆试验验证 (6) 3.DA V的定义 (7) 4.DIV的定义 (7) 5.单舵机调速算法 (8) (1)舵机转动时的极限下降沿PWM脉宽 (8) 三.8舵机联动单周期PWM指令算法 (10) 1.控制要求 (10) 2.注意事项 (10) 3.8路PWM信号发生算法解析 (11) 4.N排序子程序RAM的制定 (12) 5.N差子程序解析 (13) 6.关于扫尾问题 (14) (1)提出扫尾的概念 (14) (2)扫尾值的计算 (14)

一.舵机PWM 信号介绍 1.PWM 信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号,其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议,随着机器人行业的渐渐独立,有些厂商已经推出全新的舵机协议,这些舵机只能应用于机器人行业,已经不能够应用于传统的模型上面了。 目前,北京汉库的HG14-M 舵机可能是这个过渡时期的产物,它采用传统的PWM 协议,优缺点一目了然。优点是已经产业化,成本低,旋转角度大(目前所生产的都可达到185度);缺点是控制比较复杂,毕竟采用PWM 格式。 但是它是一款数字型的舵机,其对PWM 信号的要求较低: (1) 不用随时接收指令,减少CPU 的疲劳程度; (2) 可以位置自锁、位置跟踪,这方面超越了普通的步进电机; 其PWM 格式注意的几个要点: (1 ) 上升沿最少为0.5mS ,为0.5mS---2.5mS 之间; (2) HG14-M 数字舵机下降沿时间没要求,目前采用0.5Ms 就行;也就是说PWM 波形 可以是一个周期1mS 的标准方波; (3) HG0680为塑料齿轮模拟舵机,其要求连续供给PWM 信号;它也可以输入一个周 期为1mS 的标准方波,这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。

无人机舵机控制系统的硬件设计与实现_杨百平

1076 计算机测量与控制.2010.18(5) Computer Measurement &Control 控制技术 收稿日期:2009-09-27; 修回日期:2009-11-09。 作者简介:杨百平(1982-),男,陕西人,在读研究生,主要从事电路系统与自动控制方向的研究。 杨金孝(1964-),男,陕西人,副教授,主要从事电子电路的研究与设计、控制理论与控制工程方向的研究。 文章编号:1671-4598(2010)05-1076-03 中图分类号:T P274 5 文献标识码:A 无人机舵机控制系统的硬件设计与实现 杨百平,杨金孝,赵 强 (西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710129) 摘要:给出了一种基于ST M 32F103VB 微控制器的无人机全数字舵机控制系统硬件实现方案,该方案以STM 32F103VB 作为主控芯片,无刷直流电机作为该系统的伺服电机,采用三闭环的控制策略,实现了脉宽调制(PWM )控制信号的采样和输出,通过采样PW M 信号实现舵机的控制,针对无人机对数据传输实时性的要求,利用CAN 总线与上位机通讯,很好地满足了要求;该系统具有成本低廉、安全可靠且实现容易的特点,实现了舵机控制系统的数字化与小型化;经多次试验,证明是安全实用的。 关键词:S TM 32F103VB 微控制器;无人机;伺服;电动舵机 Hardware Design and Implementation for a S ervo System of UAV Rudder Yang Baiping ,Yang Jinxiao,Zhao Qiang (Colleg e of Electr onics and Infor mat ion,No rthw ester n P olytechnical U niver sity,Xi an 710129,China) Abstract:A set of fu lly-digital-signal ser vo system bas ed on S TM 32F103VB for UAV electrom echanical rudder is in tr odu ced in th is paper.It takes S TM 32F103VB as the master control unit and bru shless DC m otor as its drive.T his project uses the digital th ree clos ed-loop control strategy,sampled and gen erated puls e width modulation w ave,through sampling one of th e PW M w aves to realize control tran sfer,in view of U AV to data transmis sion tim elin es s r equest,com municated w ith upper sys tem by CAN bu s.It featu red low cos t,s afe,easy to realize,made it smaller and digital,and w as testified that the sy stem is ap plicable and safety. Key words :S TM 32F103VB M CU;UAV;servo;electr om ech anical rudder 0 引言 舵机控制系统是飞行控制计算机和舵机之间的接口,它采集接收机多路PW M 信号,与上位机进行通讯,产生控制舵机的PW M 信号,是舵机系统的核心部分。现有的舵机伺服控制线路大部分还都是模拟的,因其固有的一些缺点而限制了它的使用,相比之下,数字舵机系统具有很多模拟式舵机所没有的优点。本文给出了一种基于ST M 32F103VB 微控制器的无人飞行器舵机伺服控制系统,具有高性能、低功耗、低成本、安全可靠和实现容易的特点,可在线编程并成功应用于实践。 1 系统综述 舵机主要是由无刷电机、舵机控制器、舵机机械结构和传感器4部分组成。其中舵机控制器又包括:数据接口部分、中央控制单元、逻辑单元、隔离放大部分与功率驱动模块。一般舵机的工作过程如下:首先由上位机给出一舵偏角指令,舵机控制器接受该指令后与检测得到的实际舵面偏转角送入舵面位置调节单元从而得到参考P WM 占空比A;然后测量实际转速,当速度大于预设值时输出一给定PW M 占空比B;最后检测实际电流,当电流大于电流预设值时,输出另一给定的PWM 占空比C [1]。无刷直流电机中的H A LL 传感器检测转子位置,产生H A ,H B,H C 三相霍尔信号,H A 、HB 、H C 、和ST M 32输出的P WM 波和电机换相信号逻辑综合得到6路电机控制信号驱动电机转动 [2] 。电机输出轴连接精密减速器和 各种传感器,减速器输出驱动舵面。系统实现图如图1所示。 图1 系统组成结构图 2 舵机控制器的硬件组成 舵机控制器的硬件由图2中框线部分组成,该控制器以ST M 32F103V B 为核心。整个系统的硬件设计主要由ST M 32F103V B 工作电路、可编程逻辑电路、隔离及驱动电路、检测信号处理电路、A D 转换电路、数据接口电路及温度检测电路等部分组成。在系统中ST M 32F103V B 通过其自身的CA N 总线控制器与上位机进行数据传输,并使用自身集成的A D 转换器和内置通用定时器实时监测舵机位置、转速和电流等参数。 控制器根据内置的控制算法进行位置环、速度环和电流环计算,并产生控制数据,控制数据通过转换算法产生控制量(PW M 信号和DI R 信号),控制量进入逻辑阵列CPL D 与无刷电机位置传感器信号(H A L L 信号)进行逻辑综合后,输出6路电机控制信号。电机控制信号经隔离电路后控制电机功率驱动模块进行功率放大,驱动无刷电机运行。2 1 主控芯片STM32F 103VB [3] ST M 32F103VB 是意法半导体(ST )公司推出的基于A RM 32位CORT EX -M 3CPU ,是目前性能比较突出的微处理器之一,其增强型系列特别适合做电机控制。它的主要特点如下:

舵机的工作原理

基于AT89C2051单片机的多路舵机控制器设计 摘要舵机是机器人、机电系统和航模的重要执行机构。舵机控制器为舵机提供必要的能源和控制信号。本文提出一种以外部中断计数为基础的PWM波形实现方法。该方法具有简单方便,成本低,可实现多路独立PWM输出的优点。 关键词A T89C205l 舵机控制器外部中断PWM 舵机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号,输出一定的角度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在微机电系统和航模中,它是一个基本的输出执行机构。 1 舵机的工作原理 以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA66881。的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送人电机驱动集成电路BA6686,以驱动电机正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器R。,旋转,直到电压差为O,电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化改变舵机的位置。 2 舵机的控制方法 标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。 3 舵机控制器的设计 (1)舵机控制器硬件电路设计 从上述舵机转角的控制方法可看出,舵机的控制信号实质是一个可嗣宽度的方波信号(PWM)。该方波信号可由FPGA、模拟电路或单片机来产生。采用FPGA成本较高,用模拟电路来实现则电路较复杂,不适合作多路输出。一般采用单片机作舵机的控制器。目前采用单片机做舵机控制器的方案比较多,可以利用单片机的定时器中断实现PWM。该方案将20ms的周期信号分为两次定时中断来完成:一次定时实现高电平定时Th;一次定时实现低电平定时T1。Th、T1的时间值随脉冲宽度的变换而变化,但,Th+T1=20ms。该方法的优点是,PWM信号完全由单片机内部定时器的中断来实现,不需要添加外围硬件。缺点是一个周期中的PWM信号要分两次中断来完成,两次中断的定时值计算较麻烦;为了满足20ms 的周期,单片机晶振的频率要降低;不能实现多路输出。也可以采用单片机+8253计数器的实现方案。该方案由单片机产生计数脉冲(或外部电路产生计数脉冲)提供给8253进行计数,由单片机给出8253的计数比较值来改变输出脉宽。该方案的优点是可以实现多路输出,软件设计较简单;缺点是要添加l片8253计数器,增加了硬件成本。本文在综合上述两个单片机舵机控制方案基础上,提出了一个新的设计方案,如图4所示。 该方案的舵机控制器以A T89C2051单片机为核心,555构成的振荡器作为定时基准,单片机通过对555振荡器产生的脉冲信号进行计数来产生PWM信号。该控制器中单片机可以产生8个通道的PWM信号,分别由AT89C2051的P1.0~Pl.7(12~19引脚)端口输出。输出的8路PWM信号通过光耦隔离传送到下一级电路中。因为信号通过光耦传送过程中进行了反相,因此从光耦出来的信号必须再经过反相器进行反相。方波信号经过光耦传输后,前沿和后沿会发生畸变,因此反相器采用CD40106施密特反相器对光耦传输过来的信号进行整形,产生标准的PWM方波信号。笔者在实验过程中发现,舵机在运行过程中要从电源

舵机原理

1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制: 1) 发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力); 2) 副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横 滚运动; 3) 水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角; 4) 垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角; 不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。由此可见,凡是需要操 作性动作时都可以用舵机来实现。 2、结构和控制 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成,舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。

工作原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号,控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和慢速之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件下是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V对应的要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而

无人机用电动舵机控制系统设计

2018年第46卷第10期 D 驱动控制rive and control 李红燕等 无人机用电动舵机控制系统设计 85 收稿日期:2018-05-08 基金项目:2017年度院级课题资助项目(JATC17010101) 无人机用电动舵机控制系统设计 李红燕1,和 阳2,蔡 鹏1,姜春燕1,徐 信1 (1.江苏航空职业技术学院,镇江212134;2.清华大学,北京100084) 摘 要:介绍一种无人机用机电一体化电动舵机控制系统三舵机结构采用无刷直流电动机二谐波减速器二联轴器二旋转变压器二摇臂串联的布局,结构紧凑二体积小三控制器以DSP+CPLD 为核心架构,采用PI 控制算法二位置保护和电流保护逻辑,增强了系统的可靠性三驱动器采用智能功率模块实现,简化了电路设计三实验结果表明,该系统满足控制性能要求,具有高功率密度的特点三 关键词:电动舵机;无刷直流电动机;DSP+CPLD;控制电路 中图分类号:TM359.9 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2018)10-0085-04 Design of Electric Steering Engine Control System Used for Unmanned Aerial Vehicle LI Hong-yan 1,HE Yang 2,CAI Peng 1,JIANG Chun-yan 1,XU Xin 1 (1.Jiangsu Aviation Technical College,Zhenjiang 212134,China; 2.Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract :A kind of mechatronics electrical actuator control system used by unmanned aerial vehicle (UAV)was in- troduced.The layout of actuator adopted with brushless DC motor,harmonic reducer,shaft coupling,rotary transformer and servo arm in tandem to make the structure compact and small.The controller was based on DSP+CPLD,PI control al-gorithm,position protection and current protection logic were used to enhance the reliability of the system.The driver based on the intelligent power module simplified the circuit design.The experimental results show that the system meets the re-quirements of control performance and has the characteristics of high power density. Key words :electric actuator;brushless DC motor;DSP+CPLD;control circuit 0引 言 无人机依靠电动舵机来控制左右副翼二方向舵二升降舵和油门的定位,从而维持飞行姿态的稳定三随着无人机的应用越来越广泛,对电动舵机的结构及性能要求也越来越高,因此研究轻量化二性能可靠的电动舵机系统具有重要意义三 国外,很多机构为了实现无人机用电动舵机的微型化二高功率密度二高可靠性,开展了大量的试验研究[1-3]三Futaba 公司研制了一系列用于无人机舵面控制的小功率舵机[4]三Parker 宇航开发出具有抗 干扰容错,可耐受高温苛刻环境的飞行机电作动器三此外,美国空军二海军和NASA 研制的电动作动器,结构紧凑,在F /A-18B 系列飞机上进行了测试三国内许多高校和研究院对电动舵机的余度控制[5]二容错设计[6]二故障诊断[7-8]等方面进行了深入研究三 本文从舵机机械结构分析二硬件结构搭建二控制 算法和逻辑设计出发,旨在设计出满足高功率密度二高可靠性要求的电动舵机控制系统三 1 整体设计方案 电动舵机系统的机械结构主要包括电机二减速器二联轴器二位置传感器以及摇臂三电机选用盘式无刷直流电动机,体积小二质量轻;减速器采用谐波减速器,可提高系统的功率密度二传动精度以及扭转刚度;位置传感器采用旋转变压器(以下简称旋变),配合旋变解调芯片完成舵机当前摇臂位置信号的测量与传递,可应对无人操作及复杂的工作环境三电动舵机机械结构如图1所示,其体积尺寸为110mm?33mm?50mm,舵机与控制器集成于一体的布局,有效地利用了空间,提高了系统的集成度 三 图1 舵机机械结构图 设计中,要实现电动舵机的额定扭矩为2.6N四m,最大扭矩5.8N四m;行程范围0~30?三阶跃 响应时间短,无超调和振荡三动态响应速度快,输入? 3?,5Hz 的正弦信号时幅值衰减小于3dB,相位滞万方数据

电动液压舵机的工作原理及使用管理

毕业专题论文 电动液压舵机的工作原理及运行管理 The working principle and management of the electro-hydraulic steering gear 学生姓名张学印 所在专业轮机工程 所在班级轮机1062 申请学位学士学位 指导教师陈波职称讲师副指导教师职称

目录 摘要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 引言 .. (1) 1 舵机的工作要求及工作原理 (1) 1.1对舵机的工作要求 (1) 1.2阀控型液压舵机工作原理 (2) 1.2.1 工作原理 (2) 1.2.2 压力控制 (3) 1.2.3 补油、放气和舵角指示 (4) 1.3泵控型液压舵机工作原理 (5) 1.3.1 工作原理 (5) 1.3.2 主油路的锁闭 (6) 1.3.3 工况选择 (6) 1.3.4 压力保护、补油、放气和舵角指示 (7) 2 潜在故障分析 (7) 2.1液压系统故障 (8) 2.1.1 可能引起的故障及分析 (8) 2.1.2 预防措施 (8) 2.2电子系统故障 (9) 2.2.1 通信故障 (9) 2.2.2 遥控故障 (9) 2.2.3 预防措施 (9) 2.3电力系统故障 (9) 2.3.1 主要故障及危害 (9) 2.3.2 预防措施 (10) 3 舵机的工作要求及日常管理 (10) 3.1舵机的日常管理 (10) 3.1.1 系统的清洗和充油 (10) 3.1.2 舵机的试验和调整 (10) 3.2舵机日常管理注意事项 (11) 结束语 (11) 鸣谢 (12) 参考文献 (13)

航模舵机控制原理详解

在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具,如航模,包括飞机模型,潜艇模型;遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称,其实是一种伺服马达。 其工作原理是: 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理,知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样,知道可以拿它来做开关管或放大管就行了,至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3. 舵机的控制: 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例,那么对应的控制关系是这样的: 0.5ms--------------0度; 1.0ms------------45度; 1.5ms------------90度; 2.0ms-----------135度; 2.5ms-----------180度; 这只是一种参考数值,具体的参数,请参见舵机的技术参数。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V,转速也不是很快,一般为0.22/60度或0.18/60度,所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时,舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应,就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机,其实没有那么容易,很多舵机的位置等级有1024个,那么,如果舵机的有效角度范围为180度的话,其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了,从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机,连控制精度为1度都达不到的话,而且还看到舵机在发抖。在这种情况下,只要舵机的电压没有抖动,那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢?当然和你选用的脉冲发生器有

液压舵机

第六节液压舵机 1056 平衡舵是指舵叶相对于舵杆轴线。 A.实现了静平衡 B.实现了动平衡 C.前后面积相等 D.前面有一小部分面积 1057 平衡舵有利于。 A.减小舵叶面积 B.减少舵机负荷 C.增大转船力矩 D.增快转舵速度1058 舵叶上的水作用力大小与无关。 A.舵角 B.舵叶浸水面积 C.舵叶处流速 D.舵杆位置 1059 舵机转舵扭矩的大小与有关。 A.水动力矩 B.转船力矩C.舵杆摩擦扭矩 D.A与C 1060 舵叶的平衡系数过大会造成。 A.回舵扭矩增大 B.转舵速度变慢 C.船速下降 D.转舵扭矩增大 1061 船舶倒航时的水动力矩不会超过正航时的水动力矩,因为倒航时。 A.最大航速低 B.水压力中心距舵杆距离近 C.倒航使用舵角小 D.A+ B 1062 采用平衡系数恰当的平衡舵主要好处是。 A.舵杆轴承径向负荷降低 B.转舵速度提高 C.常用舵角和最大航角时转航为拒皆降低 D.常用舵角时转舵扭矩不降低,最大舵角时降低 1063 舵的转船力矩。 A.与航速无关 B.与舵叶浸水面积成正比 C.只要舵角向90度接近,则随之不断增大 D.与舵叶处水的流速成正比 1064 关于舵的下列说法错的是。 A.船主机停车,顺水漂流前进,转航不会产生舵效。 B.转舵会增加船前进阻力。 C.转舵可能使船横倾和纵倾。 D.舵效与船途无关 1065 船正航时下列情况中舵的水动力矩帮助舵叶离开中位。 A. 平衡舵小舵角时 B.平衡舵大舵角时 C.不平衡舵小舵角时 D.不平衡舵大舵角时 1066 正航船舶平衡舵的转舵力矩会出现较大负扭矩的是。 A.小舵角回中 B.小舵角转离中位 C.大舵角回中 D.大舵角转离中位1067 限定最大舵角的原因主要是。 A.避免舵机过载 B.避免工作油压太高 C.避免舵机尺度太大 D.转船力矩随着舵角变化存在最大值 1068 某船若吃水和航速相同,在最大舵角范围内操舵,正航与倒航所需转舵力矩。 A.相同 B.前者大 C.后者大 D.因船而异 1069 舵机公称转舵扭矩是按正航时确定,因为。 A.大多数情况船正航 B.正航最大舵角比倒航大 C.同样情况下正航转舵扭矩比倒航大D.正航最大航速比倒航大得多 1070 舵机在正航时的转舵扭矩一般比倒航大,因为。 A.倒航舵上水压力的力臂较短 B.同样航速倒航时舵上水压力较小 C.A十B D.倒航最大航速比正航小得多 1071 下列关于舵的水动力矩和转船力矩的说法对的是。 A.与船速成正比 B.与船速平方成正比 C.与舵叶处水流速度成正比 D.与舵叶处水流速度平方成正比 1072 舵机公称转舵扭矩是指转舵扭矩。 A.平均 B.工作油压达到安全阀开启时 C. 船最深航海吃水、最大营运航速前进,最大舵角时的 D.船最深航海吃水、经济航速前进,最大舵角时的

舵机原理及其使用详解

舵机的原理,以及数码舵机VS模拟舵机 一、舵机的原理 标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的:

收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。超过EMF 判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20ms(即频率为50Hz)。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。

舵机控制原理以及分类作用

一、舵机的原理 标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,

输出给驱动使用。当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。超过EMF 判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。

舵机原理

舵机原理 2009-11-09 19:03 1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制: 1.发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力); 2.副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横滚运动; 3.水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角; 4.垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角; 遥控器有四个通道,分别对应四个舵机,而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动,从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名:控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。由此可见,凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。 2、结构和控制 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成,舵盘、减速齿 轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号(具体信 号待会再讲),控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减 速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相 连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输 出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板 根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停 止。 舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。例如电机就 有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动 和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和慢速 之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差 万别。例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件下 是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据 需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的 是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电 机的转动消耗。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V, 分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V对应的要 大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba 的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANWA 的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间,需要辨 认。但记住红色为电源,黑色为地线,一般不会搞错。

液压舵机操作实验

实验三液压舵机的操作实验 一、实验内容 1、液压舵机遥控系统操舵试验与调整。 2. 电子式随动操舵系统操舵实验。 二、实验要求 通过实验,熟悉典型液压航机及遥控系统的组成和工作原理,掌握操舵方法。 三、实验设备 YD100 -1.6 / 28型液压舵机1套 D D1型电子随动操舵仪1台 (一)YD100 - 1.6 / 28型液压舵机 该舵机由广西梧州华南船舶机械厂制造。现装于辅机实验室内。 其主要技术数据如下: 型号:Y D100- 1.6/ 2 8 公称力矩: 1.6 t m(15.6 KN.M) 转舵时间:28 sec 最大转角正负35度 工作压力:100 kg/cm2 (9.81MPa) 安全阀调整压力:110kg/cm2 (10.8MPa) 电动机型号:JO2H-12-4(Y80L2一4) 电动机功率:0.8 kW 电动机转速: 1500 r.p.m. 电动机电压。380 V 油泵型号;10 SCYI4一1 油泵排量;10 m L/r 最大工作压力:320 kg/cm2(31.4MPa) 电磁阀型号: 34 E 1M-B10H-T

电磁阀流量:40L/min 电磁阀最大工作压力:210 kg/cm2(20.59 MPa) 溢流阀型号:Y E-B10 C 电磁阀流量:40 L/min 溢流阀最大工作压力:140 kg/cm2(13.73MPa) 注:转舵时间系指单机而言,双机组工作时,转舵速度可提高一倍。 1.转舵机构 舵机的转舵机构是采用柱塞式油缸,柱塞的往复运动通过拨叉机构转换为舵柄的转动。所以,舵机的输出力矩与工作油压的关系为(见图3—1)。 πd2R△P M= Z η 4 cos2a 式中:Z——油缸对数(Z=1) d——柱塞直径(d=10cm) R——舵杆中线到油缸中心线的垂直距离(R=18cm) △P——油缸压差(△P=P1—P2) η——推舵装置机械效率(η≈0.8) a——舵的转角 舵机力矩特性M=f(a)如图3—2所示。舵机公称力矩系指舵机转动舵杆的最大力矩,即舵的转角为35°时舵机的输出力矩。. 该舵机的转舵机构主要由油缸、柱塞、舵柄、边舵柄、拉杆等组成,如图3—3所示。 2.轴向柱塞式油泵 该舵机的油泵为手动变量轴向柱塞泵,其工作原理如图3-4所示。它由湖南邵阳液压件厂生产。 泵的传动轴(19)通过花键与缸体(16)连接,且带动缸体(16)旋转,使

舵机工作原理要点

舵机工作原理 标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。

3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。

有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。注意,给舵机供电电源应能

提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图3来表示。 可变脉宽输出试验(舵机控制) 原创:xidongs 整理:armok / 2004-12-05 / https://www.360docs.net/doc/2413836539.html,

舵机工作原理

转叶式液压舵机产品介绍 上海海事大学摘编2010-01-18 关键字:液压舵机浏览量:627 大型船舶几乎全部采用液压舵机。电动舵机仅仅用于一些小型船舶上。液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性达到操舵的目的。转叶式液压舵机是一种新型的液压舵机。它与其他类型的舵机相比,具有体积小、重量轻、结构简单、制造容易、维护保养方便等一系列优点。 一、国内外研究现状: 转叶式液压舵机至今已有近60年的历史,但这种新舵机并非所有从事船舶制造的国家都能生产,目前只有少数几个国家掌握了这门设计和生产技术。例如:德国、挪威、俄罗斯和日本等他们从二次世界大战后50年代初开始先后研究和生产这种新舵机。 德国AEG通用电气公司生产转叶式液压舵机已闻名世界并占垄断地位,产品较多,是目前远洋船舶上所经常选用的设备之一。该公司生产四种不同系列,分为RD型;RDC型;RC型;RB型。最高压力12.5MPa;最大扭矩890吨米。由于采用翻边式结构,金属条密封形式,结构合理,翻边受力变形量小,可使用较高压力,容积效率也较高。但是安装工艺较复杂(与端盖式比较),不过RBZ(RB)系列组装化程度较高,安全阀,电动机,油泵机组均安装在转叶油缸两侧,可整体套入舵轴(与舵轴联接方式均为套装式)。大大简化了船上安装工作量。英国布朗公司、日本三井公司、三菱公司和美国等国家凭德国AEG公司专利进行成批生产各种系列的转叶式液压舵机。挪威FRYDENBO公司生产的转叶式液压舵机,工作压力2.5MPa,安全阀调节压力为5MPa,最大扭矩为600吨米。液压系统是以螺杆泵做主泵的定量泵系统。由手动和电动液压操纵组成一体。该公司产品的特点是采用端盖式带凹形橡胶密封,与舵轴联接形式为套装式,转叶舵机固定在船壳底座上,无缓冲装置,由于其使用压力较低,采用高粘度油液,故使用可靠,安装、维护保养简单。俄罗斯于1959年在目前的乌克兰境内试制了首台转叶式液压舵机,并在1962年装在船上考验其性能,而后进行了批量生产。这种舵机的结构形式为端盖式,金属条密封,工作压力小于6.5MPa。与舵轴联接方式为对接式。 我国自1969年在广州研制成功第一台转叶式舵机以来,由于这种舵机具有一系列优点,因此发展很快。现在这种舵机品种规格很多,结构不一。有翻边式结构(江南造船厂);端盖

舵机的构造和原理

舵机的构造和原理 2008-06-20 08:50:29 来源: 作者: 【大中小】评论:0条 前言 舵机是遥控模型控制动作的动力来源,不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机,也是一门不可轻忽的学问。 本文章主要探讨适合各等级直升机各工作部位所使用的舵机,至於其它种类的模型,如飞机、车、船,则不在本篇文章讨论范围之内。 舵机的构造 舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机,经由电路板上的IC判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回讯号,判断是否已到达定位。 位置检测器其实就是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会跟着改变,测量电阻值便可知转动的角度。 一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上,当电流流过线圈时便会产生磁场,与转子外围的磁铁产生排斥作用,进而产生转动的作用力。依据物理学原理,物体的转动惯量与质量成正比,因此要转动质量愈大的物体,所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小,於是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体,形成一个重量极轻的五极中空转子,并将磁铁置於圆柱体内,这就是无核心马达。

为了适合不同的工作环境,有防水及防尘设计的舵机。并且因应不同的负载需求,舵机的齿轮有塑胶及金属的区分。较高级的舵机会装置滚珠轴承,使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别,当然是二颗的比较好。 目前新推出FET舵机,主要是采用FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET具有内阻低的优点,因此电流损耗比一般电晶体少。

舵机的相关原理与控制原理

1.什么是舵机: 在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具,如航模,包括飞机模型,潜艇模型;遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称,其实是一种伺服马达。 2.其工作原理是: 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理,知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样,知道可以拿它来做开关管或放大管就行了,至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3.舵机的控制: 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为 0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例,那么对应的控制关 系是这样的: 0.5ms--------------0度; 1.0ms------------45度; 1.5ms------------90度; 2.0ms-----------135度; 2.5ms-----------180度; 请看下形象描述吧:

这只是一种参考数值,具体的参数,请参见舵机的技术参数。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V,转速也不是很快,一般为0.22/60度或0.18/60度,所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时,舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应,就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机,其实没有那么容易,很多舵机的位置等级有1024个,那么,如果舵机的有效角度范围为180度的话,其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了,从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机,连控制精度为1度都达不到的话,而且还看到舵机在发抖。在这种情况下,只要舵机的电压没有抖动,那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢?当然和你选用的脉冲发生器有关了。一些前辈喜欢用555来调舵机的驱动脉冲,如果只是控制几个点位置伺服好像是可以这么做的,可以多用几个开关引些电阻出来调占空比,这么做简单吗,应该不会啦,调试应该是非常麻烦而且运行也不一定可靠的。其实主要还是他那个年代,单片机这东西不流行呀,哪里会哟! 使用传统单片机控制舵机的方案也有很多,多是利用定时器和中断的方式来完成控制的,这样的方式控制1个舵机还是相当有效的,但是随着舵机数量的增加,也许控制起来就没有那么方便而且可以达到约2微秒的脉宽控制精度了。听说AVR也有控制32个舵机的试验板,不过精度能不能达到2微秒可能还是要泰克才知道了。其实测试起来很简单,你只需要将其控制信号与示波器连接,然后让试验板输出的舵机控制信号以2微秒的宽度递增。 为什么FPPA就可以很方便地将脉宽的精度精确地控制在2微秒甚至2微秒一下呢。主要还是 delay memory这样的具有创造性的指令发挥了功效。该指令的延时时间为数据单元中的立即数的值加1个指令周期(数据0出外,详情请参见delay指令使用注意事项)因为是8位的数据存储单元,所以memory中的数据为(0~255),记得前面有提过,舵机的角度级数一般为1024级,所以只

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