船舶自动舵知识
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
【精品】船舶舵机基础知识(可编辑
测，实现接近该理想模型的控制规律。 说明：具体
工作原理分析需 要较深基础知识。 因此，本节只做 一般了解。
[第四节要点]：自适应舵的概念一节：舵机的分类、特点；基本要求。 第二节：操舵方式（种类、原理）；自动操舵仪
原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持 续影响。—— 对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进 的不平衡也会产生不对称偏航。
积分环节工作原理：积分环节可以对偏航持续时间进行 累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持续时 间长时，通过环节输出的信号（偏舵角）将继续保持，这个 信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，从而 使船舶具有克服单向偏航的能力。
定义：通过计算机将所有检测信号进行 处理，使舵机按照给定航线进行操舵的自动 舵称为自适应舵。自适应舵可以自动对航线 进行判别，可以自动修正内部参数（例如比 例系数等）以适应船舶的各种状态或海况。
分类：——可分为两类 自校正自适应控制系统和模 型参考自适应控制系统。
自适应舵说明
自校正控制系统： 自动校正系统的控制参数，使性能指标接近最优。
三种基本类型：⑴.比例舵；⑵.比例 - 微分舵；⑶.比例 - 微分 - 积分舵。
说明：不同基本类型的自动舵，对舵 叶的调节规律是不同的。
偏航与操舵
自动舵方框图
比例舵
比例舵操舵的规律是：偏舵角β的大小与偏航 角φ的大小成比例关系，即：
β= - K1φ 其中：K1为比例系数，负号表示与偏航方向相反。
特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营 运经济性较差（会出现S形航迹）。
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
自动操舵系统的基本要求和工作原理
自动操舵系统的基本要求和工作原理1.自动操舵系统基本要求在给定的航向上,为使船舶以足够的精度安全航行自动舵必须满足以下的基本要求:(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,这个初始转舵角叫做一次偏舵角。
初始舵角应有适当的数值,如果过大会降低船舶航行速度,过小则产生的转船力矩不足以使船舶回到正航向来。
如果给出初始偏航舵角后船舶仍然偏离预定航向,自动舵必须保证有附加舵角(二次偏舵角)。
上述要求,实质上是选择比例舵的比例系数问题。
此外,在自动舵中还应具有微分和积分(或压舵)校正环节,其目的是使自动舵在调节过程中具有良好的动态性能和静态性能。
(2)具有必要的调节装置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)。
灵敏度是指系统开始投入工作时的最小偏航角。
它视天气、海况而定。
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。
②舵角比例调节。
偏舵角与偏航角之比(即K1的数值)的大小,直接影响自动舵给出的一次偏舵角和二次偏舵角的数值,因此要根据船型、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反舵角调节主要调节微分系数K2,又称微分调节。
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K3。
浅谈船用自动舵_兼析AUTO_PILOT_GYLOT自动舵故障实
。
,
,
航 向 设 定 改 变航 向 压 舵 均 由 一 个 旋 钮 操 作 改 变
航 向 时 一 次 不 能超 过
被破坏
。
、
、
。
波 千 扰 其 反 馈 环 节 与 舵 轮 随 动 操 舵 的 自整 角 度 变
,
,
。
由上 述 原 理 可知 分 油 机 不 排 渣 只 和 滑 动 底 盘
下 部 的 配 水机 沟 有 关 为 此 在 对 分 油 机 解体 后 重
,
,
,
三 结束 语
据事后 分析 该 故 障造 成 的 原 因很 可 能 是 船 员
在拆 装 分 油机 时 由于 对 其 结 构 不 甚 了 解 而 造 成 的
。 、
算 并 判 断 故 障 发 出声 去 报 警 其 工 作 方 式 自适 应
、 、 。
因此必 须 定期清
自动 随 动 应 急 由 自 动 舵 转 自 适 应 舵 时 计 算 机 进
,
洗加 油
行 程 序 自检 短 时 间 后 出 现 航 向 偏 差 数 字 显 示 使 用
,
。
安 休 茨 机 电型 自动 舵
浅 谈 船 用 自 动 舫
兼析
・
自动 舵 故 障 实例
杨俊雄
・
上 海 远 洋运 输 公 司
自动 舵 放 大 环 节 采 用 磁 放 大 器 信 号 为 交 流 传 递 调 节属
、
,
、
,
松 动 而 造 成 自 动 舵 失 灵 向 阳 型 自动 舵 有 积 分 调 节
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。
自动舵的名词解释
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。
船用舵机工作原理
船用舵机工作原理
船用舵机是船舶上常见的一种控制装置，主要用于控制船舶的舵角，实现船舶的转向和航向调整。
船用舵机的工作原理如下：船用舵机主要由电动机、减速装置、传动机构和控制系统等部分组成。
控制系统根据船舶的航行需求，向舵机发出控制信号，电动机通过减速装置和传动机构将动力传递到舵叶上，从而实现船舶的转向。
舵机的控制信号可以来自舵机手柄、自动舵或GPS导航系统等。
在手动控制模式下，船员通过手柄上的转向操作，向舵机发出指令，控制舵叶的转向角度；在自动控制模式下，船用舵机通过接收GPS导航系统的信号，调整舵叶的角度，以保持船舶的航向。
船用舵机的工作原理可以说是一种简单而又可靠的机械控制系统，通过电动机和传动机构的配合，实现了船舶的灵活转向和航向调整。
在船舶的安全航行中，船用舵机起着非常重要的作用，也体现了现代化船舶控制技术的先进性。
- 1 -。
自动舵中FU和NFU的区别
随动舵可以简化操舵工作，操舵人员不必不断转动舵轮，并仔细观察舵角指示器，只需将手轮转到要求的舵角，跟踪系统就可使被控制机械来复演控制机构所规定的运动，从而使舵叶与舵轮位置相一致，将舵准确地停在给定的角度上。
自动舵一种将舵电动机的控制系统与电罗经联系起来的操舵装置，当船舶由于某种原因，偏离规定航向时，由于电罗经与船舶的相对运动，使控制系统在无人发令情况下进行工作，由于执行电动机自动带动舵叶偏转，使船舶重新返回到原来的航向上。
根据上述我认为fu或者nfu都不是自动舵，区别就是一个需要观察舵角指示器一个不需要
FU: Follow-Up,随动操舵
NFU: Non Follow-Up,非随动操舵,为应急操舵
Autopilot:为自动舵。
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R
U
*
kU
R
+ R -+
U -
UC
M
U K
U
U
UC
(U
UC ) U
或
U
U
UC
U K
M
UC
四、自动操舵仪中的常用调节环节 1、比例舵角调节 2、反舵角调节（微分舵，制动舵，纠偏舵） 3、灵敏度调节。天气调节。调节规律为：风平浪静， 灵敏度高；大风大浪，灵敏度低。 4、航向调节。用于自动航行中改变航向。 5、罗经匹配旋钮。 6、自动、随动、应急操舵转换开关。 7、航向警报消音按钮。
Eref
7 Ein
R12
Rf Uout
R11
负半周
D3 r
－5 Eref
Ein 6＋ － －＋ Eref
＋7 D6
i1 if
R12 Rf
R11
i3 i2 r
方程组
• Eref+Ein=i1*r+if(R+Rf) • Eref-Ein=i2*r-i3*R • i3*R-if(R+Rf) =0 • if+i3+i2＝i1
k
p
kD
d
dt
kI
dt
其中比例和微分控制规律如前所述。这里的积分控制主要 功能是要消除单向航向静差。当这种单向航向偏差出现在 灵敏度以内时，将不会引起动舵。但这种灵敏度以内的小 角度偏航，随着航行时间的增长，将引起船舶较大的偏航。 积分环节的作用就是要将这种小角度偏航进行积累，当积 累的偏航角度超过灵敏度时，给出一个纠偏舵角，此舵角 即为积分舵角。
接电反馈装置
夜控旁通阀： 旁通油、路隔锁断闭液压阀缸
驾 锁驶 闭台 油操 路 舵 锁电 闭信 备号 用油路
溢流节流安阀全：阀调：速伺服
活塞最大输出力
§4-4 自动操舵的控制规律 一、按比例控制的自动操舵
k p
式中 *
Kp随船型而不同，对万吨船来说，一般为2~3， 即偏航1°时，偏舵角为2~3°。比例系数过大， 将使船舶偏航振幅加大。因此比例操舵虽然简 单、可靠，但航向稳定精度较差。当受一舷持 续偏航力矩作用时，不能保证船舶的定向航行。
第四章 船舶航向自动控制系统
§4-1船舶舵机装置的组成及控制系统分类
一、舵机装置组成 1、操舵装置 2、舵机 3、舵叶 二、控制系统分类 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。 4、航线自动控制系统，又称航向自适应控制系统
§4-2 船舶航行对舵机装置的要求
舵机
船舶
-
-
舵角反馈
航向反馈
2、在舵角反馈回路设置比例、积分环节
φ* Δφ
β*
β
φ
航向控制器
舵机控制器
舵机
船舶
-
-
比例积分
航向反馈
3、“游隙”机构的作用
பைடு நூலகம்
φ* Δφ
β*
β
φ
航向控制器
舵机控制器
舵机
船舶
-
-
舵角反馈
航向反馈
主驱轴
从动轴
* 0
t
1
2
t
kp
三、比例、微分、积分控制的自动操舵
控制方程式：
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
二、阀控型液压舵机
使用单向定量油泵，转舵靠驾驶台遥控换向 阀实现，油泵排油回泵的进口或回油箱。
特点：系统简单，造价低；冲击大，可靠性 差，油液发热量大，经济性差。
缺点：
1.液压伺服系 统故障率大
2.转换遥控系 统时间长
§4-5 自动舵中常用典型电路
一、相敏整流电路
许多自动舵中在用于偏航信号检测和舵角反馈 信号转换时，都采用自整角机作为检测元件。而自 整角机输出信号为交流信号，其相位反映偏航方向， 幅值反映偏航角度。因此，必须将其转换为直流信 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。
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
U
UC UI
2、热积分环节：
偏航加热器
UI
积分输出
热敏电阻
UC 电源
3、在舵角反馈回路设置微分环节
1、舵机装置供电要采用两舷供电方式。其中一路应经由应 急配电板供电。 2、电动舵机的电动机采取连续工作制，有足够的过载能力， 软机械特性，能堵转一分钟。 3、舵机应能在驾驶台和舵机房两个地方控制，由转换开关 转换。 4、应设有舵叶偏转限位开关，一般为±35°。 5、自动操舵时，设有偏航报警，一般为±8°~±10°。
1、环形相敏整流电路
5
+ Eref 6 + Eref
-
7
D3 D4 D6 D5
Ein
R12 Rf Uout
R11
相敏整流电路分析
D4 r
条件：参考（调制）电压远大于输入电压 5
正半周
Eref
D3 D4
＋5 Eref
6+ Eref
-7
Ein
＋－
D5
i1
if R11 Rf
R12
i3
r
i2
6 D6 D5
11、舵杆直径>230mm的舵机，45s内提供替代动力； 1万Gt以上工作 30min, 其他工作10min。
§4-3自动操舵的工作原理
一、人工操舵的一般规律
360
270
90
180
二、自动操舵原理及方框图
常规自动操舵通常是指用电罗经或磁罗经检测航向 偏差，在通过航向控制器进行舵角操纵，达到航向 纠偏。其控制方框图如下：
Uout if * Rf
二、按比例、微分控制的自动操舵
(kp kd d )
dt
式中， d d * d
dt
dt
dt
则，
k
p
kd
d
dt
d
dt
* 0
t
kd
d
dt
t
kp
实现比例、微分控制的方案 1、航向控制器为运算放大器组成的比例、微分调节器 其方框图如下：
φ* Δφ
β*
β
φ
PD控制器
舵机控制器
6、设舵机失电报警和舵机电动机过载报警，但不设 过载保护。
7、在船舶高速满载情况下，舵应能自一舷35°转至 另一舷35°。且所需时间不超过28秒。辅助舵机小 于60秒。
9、在驾驶台设有舵角指示器，其与操舵指令和实际 舵角的误差＜1°。
10、自动操舵仪应具有自动、随动和应急三种操舵 方式，且能方便转换和相互联锁。
φ* Δφ
β*
β
φ
航向控制器
舵角控制器
舵机
船舶
-
-
舵角反馈
航向反馈
§ 4-4 自动舵的执行机构
• 舵机
舵机 [Steering Gear]
一、泵控型液压舵机
防浪阀(双联溢流阀)： 储能弹防簧冲太太击软硬，：：沟无不通法起高转作低舵用压油路
ACB：浮动杆追随机构[Float Hunting Gear]