自动舵的名词解释
【文献综述】船舶舵机建模与航迹控制系统设计
文献综述电气工程及其自动化船舶舵机建模与航迹控制系统设计1．引言船舶自动操舵仪，俗称“自动舵”，是根据指令信号自动完成操纵舵机的装置，是一个重要的船舶控制设备。
它能代替舵手操舵，保证船舶在指令航向或给定航迹上航行。
自动舵在相同的航行条件下，不仅可以减轻驾驶员的工作，而且在远航时，可以减少偏航次数，减小偏航值。
因而可以提高实际航速，缩短航程的航行时间，节省燃料，提高航行的经济效益。
一般说来，自动舵按控制功能可分为两类：一类是航向自动舵，保证船舶自动跟踪指令航向，实现自动保持或改变航向的目的；另一类是航迹自动舵，控制船舶沿计划航线航行。
由于航迹自动舵具有控制船舶精确的航行轨迹的功能，它将是自动舵未来的发展方向。
航迹控制一直是船舶运动控制的重点研究对象。
由于国内起步较晚，与国外先进水平相比仍[]2有较大的差距。
主要表现在：(l)航向舵仍占据主导地位，航迹舵产品尚未成熟的，更不用说自动航行系统和综合船桥系统。
(2)在控制理论上，虽然国内有些专家提出了一些控制方法，也解决了一些问题，但由于船舶操纵运动数学模型存在非线性问题、操舵执行机构存在滞后问题以及船舶航行环境和所受干扰的不确定等问题，使得一些建立的数学模型的控制方法无法得到正常实现。
据国内外有关研究证明，船舶智能控制能解决上述问题。
因此，将智能控制理论用于自动舵，改进我国的自动舵性能是一项迫切的任务。
2．国内船舶自动舵的研究概况[]2自动舵发展的大致经历：第一代是以继电器机械结构为代表；第二代是以电子管磁放大器为核心控制部件为代表；第三代是以半导体、线性运行放大器为核心控制部件为。
1921年德国安修斯公司发明了自动舵，即利用罗经的电讯号，通过继电器、机械结构来实现控制电动舵机。
1930年苏联也相继研究出以电罗经为航向接收讯号的自动舵。
我国对自动舵系统的研究相对国外起步比较晚，从二十世纪50年代开始以仿造苏联自动舵，其自动舵是磁放大器为控制核心。
到了60年代末才自行研制成功以半导体分立元件为核心的自动舵典型产品。
自动舵
号，且其极性反映交流信号的相位，大小反映交流
信号的幅值。能完成此功能的整流电路称为相敏整
流电路。
1、环形相敏整流电路
5
+ Eref 6 + Eref R11 7 Ein Rf Uout D6 D5 R12 D3 D4
相敏整流电路分析
条件：参考（调制）电压远大于输入电压 5 正半周
Eref ＋5 Eref 6+
2 RRf Uout if * Rf Ein r( Rf 2 R) 2 R( Rf R)
波形
Eref
Ein
Uout
2、整流桥式相敏整流电路
U * +
* E0
U1
* E0
-
3、晶体管调制解调器
4、运算放大器相敏整流电路
二、灵敏度调整电路
偏航信号
三、比例、微分、积分电路
偏航信号输入
• 舵机
舵机 [Steering Gear]
一、泵控型液压舵机
防浪阀(双联溢流阀)： 太软：无法转舵 防冲击，沟通高低压油路 储能弹簧 太硬：不起作用
ACB：浮动杆追随机构[Float Hunting Gear]
三点浮杆追随机构原理
作用：加快转舵速度 操纵杆 A A1 A2
变量控制杆
C
C1
反馈杆 B2 B1 B
即使这种单侧偏航角度超过灵敏度,但不对称偏航所引 起的偏舵也是不对称的.因此时间长了，船舶也会出现 单侧偏航.实际航海中,通常人为压一个合适的舵角航行， 以纠正单侧偏航。 实现积分控制的方案: 1、电动机积分环节：
UC
UC
U
UI
2、热积分环节：
偏航加热器
UI
船舶自动化技术的过去将来和未来
何谓自动化
所谓自动化就是通过采用自动控制装置 （或设备），来解决人工或者手动不能达 到的高精度的控制，解决人工或者手动难 以达到的频繁检测，并且早期发现故障。
目前船舶自动化的特点
自动控制技术，微电子技术、信号处理技术， 计算机技术等用于机舱自动化和导航自动化。
对船厂而言在广义上有两个自动化
所需的时间为42小时。
• 自动舵操舵时，由于“S”型曲线较小，直线距离变成了560海里，航
行所需的时间为40小时。两者差值为2个小时。
• 如果主机马力是3000HP，每匹每小时耗油180克，每小时耗油540公
斤，多航行两个小时，就是多消耗900公斤油。
• 每个月走4个航次，一年是48个航次，如果船的寿命是15年，共计航
而且美国BASLER公司已经设计和制造出数字式自动电压调节器， 对用户大大提供调整和使用的方便。
发电机机端电压自动调节的框图
给定值 给定单元
偏差量 放大单元
调节单元
干扰
发电机
机端电压
测量单元
按发电机机端电压偏差调节的原理框图 图1
电流和相位 测量单元
信号变换单元
电流骚动
控制信号
发电机
机端电压
按发电机机负载电流和相位调节的原理框图 图2
• 一般以柴油机作为主推进动力的船舶都配置废气锅炉，在航行时利用主
柴油机的高温排气作为废气锅炉的能源，燃油锅炉处于“备用”状态。 一旦主机工况改变后，废气锅炉不能产生足够的蒸汽压力时，燃油锅炉 立即自动投入工作。大大的节约能源。
• 用小火燃烧（只使用一个燃烧器，或者降低燃烧器的燃油压力）维持锅
炉蒸汽压力在一定的范围内，总是比锅炉蒸汽压力上升到上限值，然后 停炉，待蒸汽压力下降后锅炉再重新燃烧更省油。
自动舵的发展及其特性
自动舵的发展及其特性自动操舵控制装置，简称自动舵autopilot，是在随动操舵基础上发展起来的一种全自动控制的操舵方式。
它是船舶运动控制问题中具有特殊重要性的一个系统，用于航向保持/航向改变/航迹保持控制。
它是根据陀螺罗经的航向信号和指定的航向相比较来控制操纵系统，自动使船舶保持在指定的航向上。
由于自动舵灵敏度和准确性都较高，它替代人工操舵后，相对提高了航速和减轻了舵工的工作量。
早在20世纪20年代已出现商品化的机械式PID自动舵用于商船的航向保持。
在此后的历史进程中，随着科学的发展和技术，工艺的进步，自动舵的构造变化巨大，电气式，电子式，微型计算机化的产品相继问世。
目前商船均配置有自动舵，当定向航行且航区没有其他船往来时，则可改手操舵为自动舵。
船舶借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港口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的控制系统，其性能直接影响着船舶航行的操纵性，经济性和安全性。
因此，船舶操纵系统的性能，一直被当作是一个具有较高经济价值和社会效益的重要问题，引起人们的关注，并吸引着世界各国一代又一代的工程技术人员围绕着进一步改善该系统的性能这一课题而不断地进行研究和探索。
自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置。
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；给定航向和实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机构；舵；舵角反馈机构等。
舵系统的性能主要是由控制器的性能决定的，因此自动舵的技术发展，也主要表现在控制技术的推陈出新。
自动舵的发展是随着自动控制理论和技术的发展而发展。
在自动控制理论和技术发展的不同阶段，取得了不同的研究及应用成果，开发出一代又一代新型的自动舵产品，为航运业的发展作出了巨大的贡献。
自动舵的发展及其特性：船舶在海上航行时，由于受到海风，海浪及海流等海洋环境扰动的作用，不可避免地要产生各种摇荡和航向改变，其运动形式可以分为两大类：一是船舶的操纵运动，另一个是船舶的摇荡运动。
舵设备的作用与组成
舵设备的作用与组成第一节舵设备的作用与组成舵设备的作用：1．舵设备是船舶在飞行中坚持和改动航向及旋回运动的主要工具。
2．影响舵效的主要要素是：舵角大小；流经舵面的流速；船的转动惯性及纵横倾；风流、浅水等海况；舵机的功用。
3．普通把等于32°～35°称为运用极限舵角。
船上对此运用了止舵器或限位器，能使舵角不超越35°。
舵设备的组成：1．舵设备由舵装置、舵机与转舵装置、操舵装置的控制装置及其他隶属装置组成。
2．舵手转动舵轮或扳动操舵手柄〔或应急装置〕，启动机械、液压或电力操舵装置即可控制舵机正转、反转及中止。
3．转舵装置又称传动装置，其作用是把舵机的动力传到舵轴，驱动舵叶转动。
舵机和转舵装置又统称为操舵装置，均装于船尾舵机舱内。
舵的种类、特点与作用：1．按舵杆的轴线位置分类：不平衡舵、平衡舵和半平衡舵。
2．按舵叶的支承状况分类：双支承舵、多支承舵、悬挂舵和半悬挂舵。
3．按舵叶的剖面外形分：平板舵、流线型舵：又称〔复合舵〕。
流线型舵的舵叶以水平隔板和垂直隔板作为骨架，外覆钢板制成水密的空心体，水平剖面呈机翼形。
这种舵阻力小，升力大，舵效高，虽结构比拟复杂，但运用普遍。
4．特种舵：〔1〕整流帽舵：即在普通流线型舵的正对螺旋桨的轴线延伸部位，加一个流线型的圆锥体，俗称整流帽，它有利于改善螺旋桨后的水流形状。
〔2〕自动舵：在舵叶后端装有小螺旋桨或导管推进器，转舵时可收回推力，添加船舶的转向才干；另外，即使是在低速甚至停车时，操作小螺旋桨仍可失掉转头力，推船缓行，大大提高了船舶的操纵性，这种舵适用于对操纵才干要求高、靠离码头比拟频繁的船舶，例如引航船、渡轮、迷信调查船等。
〔3〕襟翼舵：又称可变翼形舵。
可以横向移动。
因此，襟翼舵有助于船舶取得较大的转船力矩，从而提高舵效或减小舵杆扭矩，舵机功率也较小；另外，假设运用襟翼舵，航向改动可以用较小的舵角，使船舶改向时失速较小，从而增加了油耗。
2-2-5自动舵(精)
五、自动舵
3）反舵角调节（rate adjust）：又称微分 旋钮，在船舶偏航用舵克服使其向原航向回转 时，还必须再操一个反舵角来克服船舶回转时的 惯性。因此，使用反舵角调节可给出反舵角的 大小，以阻止船舶向另一侧的偏摆。大船、 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。 4）压舵调节：是用一固定信号使舵叶偏转 一个固定的角度，以抵消单侧偏航的作用。
五、自动舵
3. 使用自动操舵仪的注意事项 1）在大风浪航行时，为保护自动舵应改用 人工操舵； 2）在运输繁忙区域，如避让、改向、过转向 点，狭水道、渔区、复杂航道、靠离泊、能见度 不良及所有航行危险的情况应尽可能改为人工 操舵； 3）在上述情况下，应可能快地为驾驶员提供 一位合格的舵工，该舵工应随时接过操舵；
五、自动舵
4）自动舵与人工舵转换时应有负责的 值驾操作或在其监督下进行； 5）长期使用自动舵后及进入谨慎驾驶前 均应试验人工操舵，通常每一航行班次（每4 小时）至少应检查一次随动操舵装置是否正常； 6）随动操舵时各个自动舵调节旋纽不起 作用，但转入自动舵时应先将压舵旋纽和自动 改向旋纽调至零位。
五、自动舵
一般自动舵是目前在海船上最常见的自动 舵。它与人工操舵比较，其优点是：自动纠正偏 航角，减轻人员的劳动强度，航向精度高，提高 航速，减少燃料消耗，缩短航程。 一）自动舵的种类 1. 比例舵： 按船舶偏航角ф来操舵的自动舵。这种自动 舵采用比例控制系统，偏舵角α和偏航角ф成正 比关系，即：α=-k1ф式中：k1——比例系数— —负号表示偏舵的方向与偏航方向相反。比例系 数k1可以根据船舶类型、海况、装载情况加以选 择和调整；
五、自动舵
但它不能克服偏航角速度的影响，航向稳定 的过程较慢，航迹易成“S”形曲线，精度较差， 故新建船舶已不再采用。 2. 比例-微分舵 按船舶偏航角ф和偏航角速度dф/dt来操舵的 自动舵这种自动舵采用比例—微分控制系统，其 偏舵角α和偏航角ф之间的关系为：α=-（k1ф+ k2dф/dt）式中：k1——比例系数；k2——微分 系数。
W航向航技控制技术剖析
第二章自动舵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。
自动舵(Autopilot)是维持船舶在预先设定的航向上航行的自动操舵控制装置。
它根据船员的操舵规律设计，调节的对象是船，被调节的量是航向或航迹。
自动舵能减轻劳动强度；及时纠正偏航；长时间较准确地保持在指定航向上，从而缩短航程，节约燃料，提高经济效益。
第一节自动舵原理一、自动舵的结构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、放大环节、执行机构；舵等，如图2-1。
图2-1自动舵的方框图二、自动舵的工作过程1．一般自动舵当船首受外力等作用偏离预定航向时，装置立即动作，使舵叶偏转一定角度；如舵角度不够大，装置产生一个附加舵角；船首在舵作用下返回预定航向；未到达预定航向时，装置将舵叶回到中间（回舵）；船首接近预定航向时，为减少船首向另一舷摆动的惯性，舵叶向另一舷偏过一个小角度（操反舵），以确保船首回到原来航向。
为适应船舶载重、吃水和海况的不同状况，自动舵设有必要的调节装置，如比例调节、压舵调节、航向改变调节和灵敏度调节等（如图2-2）。
图2-2 一般自动舵的作用过程航向保持模式有两种，分别适用于两种典型的海况：开放水域模式（OPEN SEA），适用于只需小幅度操纵导航的情况，如在大洋上航行，为的是节省燃料的费用。
限制模式（CONFINED），适用于大幅度的操纵情况，如在狭水道中航行，能提高航向维持的精确性。
2．自适应自动舵1）普通自动舵的缺陷普通自动舵各调节旋钮是人工根据经验用手动方式进行调节和修正的，由此带来的后果是：精度差→操舵次数多→阻力增大→主机负荷加大、转速下降→为阻止转速下降→调速器工作→油耗增加，因此从节能角度来看，普通自动舵在操作中仍有不足之处。
自动舵工作原理
自动舵工作原理
自动舵是一种用于船舶、飞机、车辆等交通工具的设备，用于帮助控制航向或方向的稳定性。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 传感器检测：自动舵系统通过使用各种传感器来检测船舶、飞机或车辆的当前状态和环境条件。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计等，它们可以测量船体的倾斜角度、航向角度、速度和环境因素等。
2. 信息处理：传感器将收集到的数据传输给自动舵系统的中央处理器。
中央处理器根据输入的数据进行分析和计算，确定船舶、飞机或车辆当前的姿态和状态，然后生成相应的控制指令。
3. 控制执行：自动舵系统通过电动执行机构或液压控制系统，将计算得到的控制指令转化为实际的控制动作。
例如，对于船舶来说，自动舵可以通过舵机控制舵盘的转动角度，从而改变船舶的航向角度；对于飞机来说，自动舵可以通过控制副翼和方向舵的舵面来调整飞机的姿态和飞行方向。
4. 反馈控制：自动舵系统通常还具有反馈控制机制，以便及时对目标航向或方向进行修正。
通过不断地监测和调整船舶、飞机或车辆的状态和环境条件，自动舵系统可以保持目标航向或方向的稳定性。
总之，自动舵利用传感器检测船舶、飞机、车辆等交通工具的状态和环境信息，通过中央处理器进行数据处理和计算，然后
通过执行机构或控制系统实施相应的控制动作，以实现船舶、飞机、车辆的自动稳定航向或方向。
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自动舵的名词解释
1。
灵敏度—当船舶偏离航向时，自动舵能立即投入工作,使舵叶偏转一定角度的最小偏航角度（一般规定0.2～0.50）。
灵敏度调节，又称为“天气调节”。
依据天气和海况而定。
好天时，灵敏度调节得高，保证船舶有较高的航向精度。
坏天时，灵敏度调节得低，防止自动舵操纵过于频繁，影响舵机寿命。
2。
稳舵角—又称“反舵角”，“制动舵角”、“阻尼舵角”“纠偏舵角”。
船舶在舵的作用下返回到给定航向时，由于船舶的惯性，可能向另一方向
偏航。
为了使船舶恰好回到给定航向而又不超过，此时舵必须向另一舷转
过一个小角度抵抗船舶的惯性。
“反舵角”调节，又称“微分”调节。
自动舵使船舶返回到给定航向的过程中，为了使船舶的行踪作“S”型衰
减震荡，并能尽快的稳定下来，自动舵系统就必须给出“反舵角”。
“反舵角”的调节，依据船型、装载等情况所决定的惯性力和天气情况而定。
3。
压舵—由于船舶在航行中受到不对称的外界干扰（如一舷受风浪，螺旋桨不对称，装载量不对称等因素），会产生一舷的持续力矩，船舶将产生不对称偏航。
为此，
必须使舵偏离首尾线一个角度，来抵消另一舷的持续力矩。
“压舵”调节，又称“偏航”调节，“积分舵”调节、或“人工压舵”调节。
4。
舵角比例调节—即偏舵角与偏航角之比。
舵角比例过小时，转船力矩小，回转性能差。
舵角比例过大时，转船力矩大，可能使船舶回转过头，稳定性差，并会降低航速。
5。
航向调节—用于船舶在使用自动舵航行时，改变船舶的给定航向，使船舶按照新的航向航行。