“育鯤”輪液壓轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)操舵系統(tǒng)淺析【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　“育鯤”輪液壓轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)操舵系統(tǒng)淺析</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文重點(diǎn)介紹了學(xué)校教學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)的組成、

2、原理和舵機(jī)的電氣控制系統(tǒng)。舵機(jī)系統(tǒng)是由Rolls-Royce公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)SR723-FCP.320和Kongsberg公司生產(chǎn)的自動(dòng)航跡舵Track AP2000組成，主要針對(duì)Rolls-Royce液壓轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的電氣控制系統(tǒng)作了詳細(xì)分析，并對(duì)自動(dòng)航跡舵的組成和工作原理作了詳細(xì)說明。最后對(duì)曾經(jīng)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象作出了分析和提出了自己的改進(jìn)意見，而且對(duì)于育鯤輪上應(yīng)急舵的電氣控制提出疑問并作出改進(jìn)方案。</p><p

3、>　　關(guān)鍵詞：舵機(jī)系統(tǒng) 液壓轉(zhuǎn)葉式舵機(jī) 電氣控制系統(tǒng) 自動(dòng)航跡舵</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper mainly introduce the steering gear system of our training ship "yukun",include

4、s its system components,principle and electronic control system. This steering gear system consists of hydraulic swinging-vane actuator produced by Rolls-Royce company and automatic navigator track system Track AP2000 pr

5、oduced by Kongsberg company.I have analysed steering gear's electronic control system in details.and described ANTS's constitution and operational principle.at last,concerning about the fault</p><p>

6、　　Keywords: steering gear system hydraulic swinging-vane actuator electronic control system automatic navigator track system</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b>&l

7、t;/p><p>　　第 1章“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)概述2</p><p>　　1.1“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)組成2</p><p>　　1.2“育鯤”輪變頻轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)液壓系統(tǒng)3</p><p>　　1.3 "育鯤"輪舵機(jī)主要技術(shù)參數(shù)4</p><p>　　第2章 育鯤輪舵機(jī)的控制系統(tǒng)5</p&g

8、t;<p>　　2.1控制系統(tǒng)分類5</p><p>　　2.2隨動(dòng)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)6</p><p>　　2.2.1隨動(dòng)系統(tǒng)的概述6</p><p>　　2.2.2"育鯤"輪隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)詳述6</p><p>　　2.2.3隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)工作過程14</p><p>　

9、　2.3應(yīng)急舵控制系統(tǒng)15</p><p>　　2.4“育鯤”自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵（Kongsberg）15</p><p>　　2.4.1自動(dòng)舵概述15</p><p>　　2.4.2“育鯤”輪的自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵組成及原理16</p><p>　　第3章 操舵系統(tǒng)故障分析與改進(jìn)20</p><p>　　3.1故障現(xiàn)

10、象與分析20</p><p>　　3.2 關(guān)于“育鯤”舵機(jī)應(yīng)急操舵的改進(jìn)意見21</p><p><b>　　結(jié)論22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p>&l

11、t;b>　　前言</b></p><p>　　船舶航行時(shí)，必須對(duì)船舶的航向進(jìn)行控制。船舶運(yùn)動(dòng)呈一定的非線性且其</p><p>　　動(dòng)態(tài)特性與航行工況(船型、裝載、航速、吃水等)密切相關(guān)，為了盡快地到達(dá)目</p><p>　　的地和減少燃料消耗，總是力求使船舶以一定的速度作直線航行。這就是船舶航</p><p>　　向保持的

12、問題，也就是航向穩(wěn)定性的問題。而當(dāng)在預(yù)定的航線上發(fā)現(xiàn)障礙物或其</p><p>　　他船只時(shí)，或者在很有限的航道內(nèi)航行，必須及時(shí)改變船速和航向，這就是船舶</p><p>　　航行的機(jī)動(dòng)性問題。我們希望船舶既有良好的航向保持功能，又有靈敏的機(jī)動(dòng)性。</p><p>　　此時(shí)應(yīng)該有操作裝置能夠控制船舶方向，這個(gè)裝置就是舵。舵是船舶用以改變其航向或維持其預(yù)定航向的重要設(shè)

13、備。整個(gè)舵機(jī)主要是由操舵裝置、舵機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和舵葉四部分組成。</p><p>　　現(xiàn)在船舶主要使用的是電動(dòng)液壓舵機(jī)，機(jī)構(gòu)類型可分為往復(fù)式和轉(zhuǎn)葉式兩種。往復(fù)式舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)為往復(fù)式推舵油缸，它將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)化為柱塞的機(jī)械能，推動(dòng)舵柄左右轉(zhuǎn)動(dòng)，舵柄帶動(dòng)舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到改變船方向的目的。轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)是依靠作用在舵機(jī)轉(zhuǎn)葉上的高壓油壓力，使舵機(jī)轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與舵機(jī)錐形相連的舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)，

14、而舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)帶動(dòng)與之相連的舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到船舶操舵的目的。</p><p>　　船舶航行對(duì)舵機(jī)裝置的要求：</p><p>　?。?）要求有主、輔兩套獨(dú)立的操舵裝置，或一套操舵裝置配兩套以上動(dòng)力設(shè)備。每臺(tái)動(dòng)力設(shè)備要求兩舷獨(dú)立供電線路,其中之一應(yīng)經(jīng)應(yīng)急配電板。</p><p>　　（2）具有足夠的強(qiáng)度和能力。在最深航海吃水和最大航速時(shí)，主操舵裝置應(yīng)能使舵自一舷35度轉(zhuǎn)

15、至另一舷35度，不超過28s。輔舵裝置在最大航速一半但不低于7Kn (1kn=1nmile/h= 1.852km/h)使舵在60s內(nèi)自一舷15度轉(zhuǎn)至另一舷15度。</p><p>　　（3）操作靈便。主輔操舵裝置均應(yīng)能在駕駛室和舵機(jī)室進(jìn)行控制，主操舵裝置的每臺(tái)動(dòng)力裝置也均能在駕駛室控制，并能方便地進(jìn)行切換。</p><p>　　（4）有三種操舵方式（手動(dòng)、隨動(dòng)、自動(dòng)）。</p>

16、<p>　　應(yīng)設(shè)有舵葉偏轉(zhuǎn)限位開關(guān)，一般±35°。</p><p>　　(6)自動(dòng)操舵時(shí)，設(shè)有偏航報(bào)警，一般為±8°～±10°。</p><p>　　（7）設(shè)舵機(jī)失電報(bào)警和舵機(jī)電動(dòng)機(jī)過載報(bào)警，但不設(shè)過載保護(hù)。</p><p>　　（8）在駕駛臺(tái)設(shè)有舵角指示器，其與操舵指令和實(shí)際舵角的誤差＜1&

17、#176;。2臺(tái)動(dòng)力裝置也均能在駕駛室控制，并能方便地進(jìn)行切換。</p><p>　?。?）電動(dòng)舵機(jī)的電動(dòng)機(jī)采取連續(xù)工作制，有足夠的過載能力，軟機(jī)械特性，能堵轉(zhuǎn)一分鐘。</p><p>　?。?0）對(duì)舵柄處舵桿直徑大于230mm（不包括航行冰區(qū)舵桿被加強(qiáng)）的船舶應(yīng)設(shè)有能在45s內(nèi)向操舵裝置提供的替代動(dòng)力源，其容量至少應(yīng)能向符合輔操舵裝置要求的一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備及其控制系統(tǒng)和舵角指示器提供足夠的能

18、源。此獨(dú)立動(dòng)力源只準(zhǔn)專用于上述目的。對(duì)于1萬Gt以上的船舶，它應(yīng)至少可供30min，對(duì)其他船舶為10min。</p><p>　　第 1章“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)概述</p><p>　　圖1-1 “育鯤”輪駕駛臺(tái)操舵儀</p><p>　　1.1“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)組成</p><p>　　育鯤輪自動(dòng)舵機(jī)是由Rolls-Royce的舵機(jī)系統(tǒng)和Kon

19、gsberg的自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵組成，系統(tǒng)原理圖如圖1-2所示。</p><p>　　由圖1-2可以看出,Rolls-Royces的舵機(jī)系統(tǒng)包括隨動(dòng)舵和應(yīng)急舵操舵系統(tǒng)，它由駕駛臺(tái)主控板和左右翼駕駛臺(tái)的舵令發(fā)送單元、控制系統(tǒng)、舵機(jī)控制箱、變頻器、電機(jī)、泵和液壓系統(tǒng)以及反饋裝置、報(bào)警單元組成；Kongsberg的自動(dòng)舵系統(tǒng)則是由自動(dòng)舵電源、分配電箱、控制單元、主計(jì)算機(jī)和反饋單元組成。</p><p&g

20、t;　　圖1-2 育鯤輪自動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)圖</p><p>　　1.2“育鯤”輪變頻轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)液壓系統(tǒng)</p><p>　　舵機(jī)型號(hào)是TenfjordSR723-FCP(SR:SphericalRotary;FCP:Frequency Controlled Pumps),采用的是球型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)。轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)由兩臺(tái)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙向泵、閥塊和電器反饋單元組成。其液壓控制圖如下：</p&

21、gt;<p>　　圖1-3 Tenfjord SR723泵控型舵機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1-轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)；2-雙向泵；3-變頻電機(jī)；4-單向閥；5-溢流閥；6-三位二通電磁閥；7-邏輯閥；9-安全閥；10-儲(chǔ)油柜；11-手搖泵；12-高置油柜；13-供液三通閥；14-控制單向閥</p><p>　　Tenfjord SR723泵控型舵機(jī)采用了由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙向泵。

22、當(dāng)有轉(zhuǎn)舵信號(hào)時(shí)，電機(jī)和泵開始工作，泵的排量和吸、排方向靠電機(jī)中的變頻器控制。變頻器發(fā)出的信號(hào)取決于指令舵角和實(shí)際舵角之間的舵角偏差。當(dāng)舵角相差較大時(shí)，變頻器發(fā)出的信號(hào)使電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)令雙向泵大排量工作；隨著舵角偏差的逐漸減小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也緩慢降低，泵的排量也慢慢減小；當(dāng)實(shí)際舵角等于指令舵角時(shí)，泵和電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，閥塊中的閥將舵鎖在停止位置。</p><p>　　為滿足造船規(guī)范要求，分別有兩套動(dòng)力單元和控制單元，實(shí)

23、現(xiàn)互為備用，也可以同時(shí)工作?？杀ＷC一臺(tái)泵組出現(xiàn)故障后，迅速自動(dòng)隔離，另一臺(tái)泵組能正常工作。當(dāng)有舵令信號(hào)（+-10V的模擬量速度信號(hào)和開關(guān)量的轉(zhuǎn)向信號(hào)）時(shí)，變頻器控制液壓泵的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。同時(shí)，控制邏輯閥控制油的三位二通電磁閥有電，閥工作于左位，邏輯閥內(nèi)的控制油卸荷，閥門打開。油泵輸出的壓力油經(jīng)過單向閥、邏輯閥進(jìn)入轉(zhuǎn)舵油缸。而對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)舵油缸的回油通過邏輯閥、溢流閥、回油濾器、和單向閥到達(dá)油泵吸口。實(shí)際舵角與轉(zhuǎn)舵指令相符后，油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁

24、閥失電，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)鎖閉。</p><p>　　邏輯閥7實(shí)現(xiàn)油路的鎖閉功能。當(dāng)實(shí)際舵角達(dá)到轉(zhuǎn)舵指令以后，電磁閥失電，工作在右位，液壓油經(jīng)過控制單向閥、電磁閥到達(dá)邏輯閥芯上腔加壓使閥芯鎖閉，基本功能相當(dāng)于液控單向閥。</p><p>　　安全閥9在舵葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若有大浪或其他外力沖擊，安全閥會(huì)因管路中油壓高于調(diào)定值（育鯤輪此閥設(shè)定值是156bar）時(shí)開啟，使高壓油腔與低壓油腔旁通，以避免管路和

25、液壓元件承受過高壓力，允許舵葉暫時(shí)偏讓而“跑舵”；當(dāng)沖擊舵葉的外力消失后，由于實(shí)際舵角偏離指令舵角，電機(jī)重新啟動(dòng)，直至舵轉(zhuǎn)回到與指令舵角相符為止。安全閥9亦稱防浪閥。</p><p>　　溢流閥5在此系統(tǒng)中兩個(gè)為一組，在工作的時(shí)候，油泵出口的溢流閥作安全閥使用，當(dāng)出口壓力超過調(diào)定值時(shí)閥（育鯤輪此閥設(shè)定值是125bar）時(shí)開啟，防止液壓元件受到?jīng)_擊。油泵吸口處溢流閥作單向閥使用。</p><p&

26、gt;　　高置油箱有油位計(jì)去顯示油箱油位，同時(shí)有兩個(gè)油位傳感器，中間有一隔板將油箱分為兩部分，傳感器分別監(jiān)視兩邊油位。當(dāng)一套動(dòng)力單元系統(tǒng)漏油將不會(huì)干擾另一臺(tái)動(dòng)力單元的正常工作。同時(shí)液壓油還有一路進(jìn)入轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的低壓腔。高置油箱的作用是向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)補(bǔ)油和允許系統(tǒng)的回油。正常情況下油位過低會(huì)表明系統(tǒng)中有泄漏的發(fā)生。當(dāng)高置油柜缺油時(shí)，可用手搖泵從儲(chǔ)油柜向油柜補(bǔ)油。</p><p>　　1.3 "育鯤&quo

27、t;輪舵機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　舵機(jī)技術(shù)參數(shù)主要包括轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)參數(shù)、液壓油泵參數(shù)和變頻電機(jī)參數(shù)。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)參數(shù)</b></p><p>　　舵機(jī)型號(hào)： SR723—FCP</p><p>　　最大工作壓力：

28、 125bar</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力： 156bar</p><p>　　最大扭矩： 412KNm</p><p>　　試驗(yàn)壓力：

29、 234bar</p><p>　　舵桿直徑： 320mm</p><p>　　最大機(jī)械舵角： 2×44°</p><p>　　電氣限制舵角： 2

30、15;43°</p><p>　　運(yùn)行時(shí)間1臺(tái)泵/2臺(tái)泵： 28/14s（30°—0°—35°）</p><p>　　安全閥設(shè)定壓力： 156bar</p><p><b>　　液壓油泵參數(shù)</b></p&

31、gt;<p>　　型號(hào)： FCP—75</p><p>　　安全閥設(shè)定壓力： 125bar</p><p>　　試驗(yàn)壓力： 188bar</p><p><

32、;b>　　變頻電機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　型號(hào)： NORM IEC 160LB—4</p><p>　　速度： 1450rmp</p><p>　　額定壓力：

33、 17，5KW(SI)</p><p>　　電壓： 3×380V，50HZ</p><p>　　保護(hù)等級(jí)： IP55</p><p>　　第2章 育鯤輪舵機(jī)的控制系統(tǒng)</p>

34、<p><b>　　2.1控制系統(tǒng)分類</b></p><p>　　1.應(yīng)急操舵控制系統(tǒng)（NFU）</p><p>　　直接控制系統(tǒng)或稱單舵系統(tǒng)、應(yīng)急操舵，NFU。</p><p>　　應(yīng)急操舵只有在自動(dòng)操舵和隨動(dòng)操舵失靈情況下使用。要求在駕駛臺(tái)和舵機(jī)艙設(shè)置操舵點(diǎn)。應(yīng)急操舵實(shí)際上是對(duì)液壓舵機(jī)的直接控制。駕駛臺(tái)是電控方式。舵機(jī)艙除

35、電控外，還可使用機(jī)控方式。</p><p>　　2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)（FU）</p><p>　　隨動(dòng)舵在進(jìn)出港或窄水道航行或自動(dòng)舵失靈情況下使用。隨動(dòng)舵實(shí)際上是一個(gè)舵角閉環(huán)控制系統(tǒng)，即位置隨動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　3.自動(dòng)操舵控制系統(tǒng)（AUTO）</p><p>　　自動(dòng)舵在船舶處于大海航行或開闊水域的航行狀態(tài)，環(huán)境和船舶本身的狀態(tài)相

36、對(duì)變化不大，這時(shí)船舶操縱主要任務(wù)就是固定航向，便使用自動(dòng)舵，來取代人持續(xù)的手操舵。</p><p>　　2.2隨動(dòng)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1隨動(dòng)系統(tǒng)的概述</p><p>　　對(duì)于隨動(dòng)操舵控制系統(tǒng)，只要操作人員給出某一操舵指令，系統(tǒng)就能自動(dòng)的按指令吧舵葉轉(zhuǎn)到所要求的舵角上，并自動(dòng)使舵葉停轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2-

37、1 育鯤輪隨動(dòng)舵操舵系統(tǒng)方框圖</p><p>　　上圖2-1是隨動(dòng)操舵系統(tǒng)方框圖。它是按偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的。信號(hào)的消除不是通過人而是通過舵葉的偏轉(zhuǎn)來達(dá)到的。亦即與舵柱機(jī)械的連接一個(gè)信號(hào)發(fā)送器，舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)出反饋信號(hào)，如果反饋信號(hào)和控制信號(hào)相等時(shí)，就將控制信號(hào)抵消，使偏差信號(hào)等于零，舵葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)，只要向一個(gè)方向扳動(dòng)操舵手輪，舵葉就向某一方向偏轉(zhuǎn)，待舵偏轉(zhuǎn)到所要求的舵角時(shí)，舵將自動(dòng)停止，從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。<

38、;/p><p>　　2.2.2"育鯤"輪隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)詳述</p><p><b>　　舵令發(fā)送單元</b></p><p>　　當(dāng)“IN COMMAND”燈亮，表示選定操舵地點(diǎn)在此處受控。R4旋鈕進(jìn)行調(diào)光。中間是舵輪，由圖2-2（右）可以看出舵角給定信號(hào)是由線性電位計(jì)發(fā)送的。其中調(diào)節(jié)R1實(shí)現(xiàn)舵位校零，調(diào)節(jié)R2實(shí)現(xiàn)舵令信號(hào)幅度調(diào)

39、整。</p><p>　　圖2-2 舵令發(fā)送面板（左）和原理圖（右）</p><p><b>　　選擇單元</b></p><p>　　圖2-3中：STEERING MODE 1、STEERING MODE 2、STEERING MODE 3為三種操舵模式；K51、K61、K71為三種操舵模式的選擇開關(guān)；K50、K60、K70為選擇操舵地點(diǎn)是常

40、開信號(hào)還是常閉信號(hào)。</p><p>　　11AC、12AC、13AC是反饋限幅（12AC是公共端）。ODER_=_FB是舵角反饋信號(hào)。COMPERATOR_50、COMPERATOR_60、COMPERATOR_70為三種操舵模式下舵令信號(hào)與反饋信號(hào)的比較輸出信號(hào)。</p><p>　　圖2-4中：IN_COMMANDE_50、IN_COMMANDE_60、IN_COMMANDE_70為

41、三個(gè)不同的操舵地點(diǎn)；IN COMMANDE LIGHT MODE 1、IN COMMANDE LIGHT MODE 2、IN COMMANDE LIGHT MODE 3為三個(gè)不同操作地點(diǎn)的指示燈。它是由比較器信號(hào)、反饋舵角信號(hào)和脈沖電源信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)與門，一個(gè)或門和JP50、JP60、JP70等跳鍵來選擇操舵地點(diǎn)的。</p><p>　　在真正的操舵模式被選之前，操舵儀的舵令信號(hào)必須等于實(shí)際舵角位置，“IN COM

42、MANDE”按鈕才能被觸發(fā)（即可以進(jìn)行操舵地點(diǎn)轉(zhuǎn)換）。如果操舵儀的舵令信號(hào)不等于實(shí)際舵角位置，“IN COMMANDE”燈將閃爍顯示操作者必須改變舵令信號(hào)，而且舵令必須在6~7秒內(nèi)改變。當(dāng)選擇了正確的操舵模式，操作地點(diǎn)即已確定，“IN COMMANDE”燈將從閃爍變成恒亮，這個(gè)功能只用于FU操舵。</p><p>　　圖2-3 操舵模式選擇原理圖</p><p>　　圖2-4 操舵地點(diǎn)選擇

43、原理圖</p><p><b>　　放大單元</b></p><p>　　前提：此時(shí)選擇隨動(dòng)舵，則圖上14AC為高電位，繼電器線圈K2有電，則圖上其兩個(gè)常閉的輔助觸點(diǎn)斷開，一個(gè)常開觸點(diǎn)閉合。14AC的高電位經(jīng)過與非門和與門使D/A轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)信號(hào)為0，使D/A轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換。（如果舵令信號(hào)等于反饋信號(hào)（COMPERATOR=1），D/A轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)信號(hào)為1，則D/A轉(zhuǎn)

44、換器被鎖定，不允許轉(zhuǎn)換信號(hào)。）</p><p>　　舵令信號(hào)和反饋單元的電源+-5V。</p><p>　　舵令發(fā)送回路：這時(shí)，舵令信號(hào)（假定為左舵，是正信號(hào)）從8AC經(jīng)過反向放大器后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)（負(fù)信號(hào)）經(jīng)過運(yùn)算放大器（運(yùn)放上的電阻器P31為舵令增益調(diào)節(jié)，電阻器P30為零位調(diào)整）放大，放大信號(hào)（負(fù)信號(hào)）經(jīng)過跳鍵JP60與反饋信號(hào)匯合。</p>&l

45、t;p>　　舵角反饋信號(hào)回路：11C、12C、13C為反饋信號(hào)輸入端（其中12C為公共端），反饋信號(hào)（因?yàn)榇蜃蠖?，反饋信?hào)為正信號(hào)）經(jīng)過運(yùn)算放大器（運(yùn)放上的電阻器P20為放大板上的反饋增益調(diào)節(jié)）進(jìn)行信號(hào)放大，再經(jīng)過11A、12A、13A進(jìn)行限幅，限幅后的信號(hào)（正信號(hào)）經(jīng)過反相器，經(jīng)過反相器后的信號(hào)（正信號(hào)）再與舵令信號(hào)匯合。</p><p>　　匯合的信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器（運(yùn)放上的電阻器P60為靈敏度調(diào)節(jié)）放

46、大，放大信號(hào)輸出送往舵機(jī)控制器。</p><p>　　因?yàn)閰R合信號(hào)是舵令發(fā)送的負(fù)信號(hào)和反饋的正信號(hào)的疊加，相當(dāng)于形成了一個(gè)負(fù)反饋。也就是說實(shí)際舵角越接近舵令舵角時(shí)，匯合信號(hào)越小，發(fā)送到舵機(jī)控制器的信號(hào)就越小，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速越慢，舵桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速度就變慢，這樣可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)平穩(wěn)的起停。</p><p>　　放大單元送往舵機(jī)控制板的舵令信號(hào)：電磁閥控制舵機(jī)方向的開關(guān)量信號(hào)和可逆泵控制舵機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬量信

47、號(hào)。當(dāng)啟用隨動(dòng)操舵模式時(shí)便會(huì)產(chǎn)生0~10V的模擬量速度信號(hào)。</p><p>　　如果選擇隨動(dòng)操舵并且兩臺(tái)泵都在運(yùn)行，當(dāng)舵令為一個(gè)大舵角時(shí)，開始時(shí)是1號(hào)主用泵機(jī)先啟動(dòng)使舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)3°左右舵角，接著2號(hào)備用泵機(jī)啟動(dòng)與1號(hào)主用泵機(jī)一起工作，在到達(dá)指定舵角前2臺(tái)泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)舵令角度小于2~4°時(shí)，這個(gè)開關(guān)量操舵信號(hào)會(huì)切斷送往其中一臺(tái)泵的舵令信號(hào)。</p><p>　　圖2-5

48、 放大單元原理圖</p><p><b>　　4.舵機(jī)控制器</b></p><p>　　圖2-6舵機(jī)控制器原理圖</p><p>　　圖中K6、K9為機(jī)旁應(yīng)急操舵（或稱應(yīng)急主操舵，LED4燈亮，在舵機(jī)房通過左右舵按鈕直接啟動(dòng)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)來控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向）控制線圈；K10為駕駛臺(tái)應(yīng)急操舵（或稱應(yīng)急舵，LED5燈亮，在駕駛臺(tái)通過操舵桿啟動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)來控制

49、多級(jí)轉(zhuǎn)向）控制線圈；K8為隨動(dòng)舵的控制線路，輸出0~10V的模擬量信號(hào)；K11為輔助操舵（LED6燈亮）控制線圈。</p><p>　　EXTERNAL ORDER信號(hào)（自動(dòng)舵信號(hào)）輸入，通過光電耦合（LED7-左舵，LED8-右舵）控制左右舵的運(yùn)轉(zhuǎn)。HYD. LOCK（液壓閉鎖）信號(hào)也是通過光電耦合控制液壓系統(tǒng)的閉鎖，使舵葉鎖定在一個(gè)確定的舵角上，使船舶實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。</p><p>　　最

50、后的綜合舵令信號(hào)都是送往變頻器的。由開關(guān)量信號(hào)控制泵轉(zhuǎn)向，0-10V的模擬量信號(hào)控制泵的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　變頻控制器</b></p><p>　　輸入信號(hào)：端子18是啟動(dòng)控制，端子27是停止控制（慣性停車），端子37是安全停車控制（在緊急情況下安全關(guān)閉轉(zhuǎn)矩）；端子18、19、20為數(shù)字量輸入（其中20為公共端），端子50、53/54、55為模擬量輸入

51、（其中55為公共端）；</p><p>　　輸出信號(hào)：端子01、02、03，04、05、06為兩組繼電器輸出；端子39、42為模擬量輸出（4-20mA電流），端子27、29為數(shù)字輸出；</p><p>　　數(shù)字量和模擬量的輸入輸出必須分別連接到公共輸入端（端子20、55、39），以避免來自這兩個(gè)組的接地電流影響其他組。如：打開數(shù)字輸入可能會(huì)干擾模擬輸入信號(hào)。</p><

52、p>　　端子82、81接剎車制動(dòng)電阻；端子68、69、61為通訊線RS-485接口（其中61為公共端）。</p><p>　　開關(guān)S201（A53）和S202（A54）分別用于選擇模擬輸入端子53和54的電流配置（ON：0-20mA）或電壓配置（OFF：-10到+10V），開關(guān)S801（總線端接）可用于端接RS-485端口（端子68和69）。</p><p>　　變頻器在起降過程中的

53、制動(dòng)控制：</p><p>　　使用繼電器輸出或數(shù)字輸出（端子27和29）控制制動(dòng)；當(dāng)變頻器無法“支持”電動(dòng)機(jī)時(shí)（例如因?yàn)樨?fù)載過大），請(qǐng)將輸出關(guān)閉（沒有電壓）；當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流超過預(yù)設(shè)值時(shí)，將釋放制動(dòng)；當(dāng)輸出頻率低于設(shè)置的頻率，并且僅當(dāng)變頻器執(zhí)行了停止命令時(shí)制動(dòng)器才會(huì)嚙合。（如果變頻器初一報(bào)警模式或過壓狀態(tài)，制動(dòng)控制會(huì)立即切入）</p><p><b>　　保護(hù)功能：</b&g

54、t;</p><p>　　電子熱敏式電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)；通過檢測散熱片的溫度，可以確保變頻器在溫度達(dá)到涉嫌設(shè)定的水平時(shí)跳閘。除非散熱片的溫度降到規(guī)定值以下，否則過載溫度無法復(fù)位（這些溫度與變頻器功率和機(jī)箱等不同而存在差異）；變頻器在電動(dòng)機(jī)端子U、V、W上有短路保護(hù)；如果主電源缺相，變頻器將跳閘或發(fā)出警告（取決于負(fù)載）；對(duì)中間電路電壓的檢測確保變頻器在中間電路電壓過低或過高時(shí)會(huì)跳閘；變頻器會(huì)不斷檢查內(nèi)部溫度、負(fù)載電流、

55、中間電路上的高電壓是否到達(dá)臨界水平以及電動(dòng)機(jī)速度是否達(dá)到下限。作為這個(gè)臨界狀態(tài)的響應(yīng)，變頻器可以調(diào)整開關(guān)頻率或更改開關(guān)模式來確保變頻器的性能。</p><p>　　圖2-7變頻器電氣接線圖</p><p>　　6.舵角反饋單元 </p><p>　　圖2-8舵角反饋單元截面圖（左）和外觀圖（右）</p><p>　　反饋單元是預(yù)設(shè)安裝在船中

56、線上，由廠方完成最后的調(diào)試。反饋單元包括舵角指示系統(tǒng)的傳感器，舵的限位開關(guān)和控制系統(tǒng)的傳感器，安裝在舵機(jī)頂上的支架上。反饋單元由連接裝置或連接舵柱的鏈帶驅(qū)動(dòng)，鏈帶由傳動(dòng)裝置預(yù)緊。驅(qū)動(dòng)軸跟隨舵柱的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)換電位計(jì)的移動(dòng)和觸發(fā)限位開關(guān)的釋放，觸發(fā)凸輪調(diào)節(jié)到在舵葉機(jī)械停止之前2°時(shí)切斷舵令信號(hào)。</p><p><b>　　7.舵角指示單元</b></p><p

57、>　　圖2-9舵角指示系統(tǒng)原理圖</p><p>　　舵角指示系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的連續(xù)顯示舵機(jī)的實(shí)際舵角。每臺(tái)舵機(jī)都有兩個(gè)舵角指示系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要部分是舵角位置信號(hào)放大器，這個(gè)單元連接到反饋單元的精密電位計(jì)上，每個(gè)單元最多可以連接5個(gè)舵角指示器（舵角指示器是電壓式的，并聯(lián)連接，如上圖中的X3-1、X3-2、X3-3為no.1舵角指示器，直到X3-13、X3-14、X3-15為no.5舵角指示器）。舵角指示器基于三

58、線制系統(tǒng)，+12VDC，-12VDC并且舵在中間位置的舵角信號(hào)為0VDC（負(fù)信號(hào)為左舵）。每個(gè)舵角指示器可以分別調(diào)節(jié)增益（如上圖中的P30）和調(diào)整零點(diǎn)（如上圖中的P20）。</p><p>　　舵角指示放大器放大板的主要功能：</p><p>　　a舵角指示系統(tǒng)的接口</p><p>　　b舵角反饋電壓幅值調(diào)節(jié)</p><p>　　c舵角反饋

59、單元的接口</p><p>　　d舵角指示的增益調(diào)節(jié)和電隔離舵角位置信號(hào)</p><p>　　e反饋信號(hào)的零點(diǎn)調(diào)節(jié)</p><p><b>　　8.報(bào)警單元</b></p><p>　　圖2-10報(bào)警系統(tǒng)原理圖</p><p>　　上圖是簡化了的系統(tǒng)方框圖，只是顯示了主要功能。由于系統(tǒng)有5-26

60、個(gè)報(bào)警通道，此圖只畫了2個(gè)通道。No.1和No. n的電路是一樣的。</p><p>　　輸入電路主要包括RC電路和繼電器。只要報(bào)警傳感器觸點(diǎn)閉合，繼電器就會(huì)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警觸點(diǎn)打開，RC電路提供幾秒鐘的延時(shí)以免誤報(bào)警。延時(shí)后，繼電器沒電，將會(huì)有：</p><p>　　E0（船舶通用報(bào)警）電路觸發(fā)，E0繼電接觸器打開，觸發(fā)主報(bào)警系統(tǒng)；</p><p>　　報(bào)警燈的驅(qū)動(dòng)電

61、路被打開，使得各個(gè)報(bào)警燈發(fā)光；</p><p>　　觸發(fā)電路輪流觸發(fā)兩個(gè)蜂鳴電路和“儲(chǔ)存和閃爍”電路。</p><p>　　報(bào)警燈的輸出時(shí)有短路保護(hù)，圖紙上顯示了兩個(gè)燈，但是系統(tǒng)能驅(qū)動(dòng)三組燈，一個(gè)主報(bào)警板和兩個(gè)從報(bào)警板。</p><p>　　閃爍電路給報(bào)警燈和蜂鳴器提供1Hz的脈沖電源，同時(shí)閃爍和蜂鳴?，F(xiàn)在報(bào)警燈在閃爍，蜂鳴器在響，外部報(bào)警系統(tǒng)已被觸發(fā)。</p

62、><p>　　在從報(bào)警板上按“Audible”鍵，本地蜂鳴被關(guān)掉，但是報(bào)警燈仍然閃爍。</p><p>　　在主報(bào)警板上按“確認(rèn)”鍵，本地蜂鳴消音，再次按“確認(rèn)”鍵則：</p><p>　　“儲(chǔ)存和閃爍”繼電器被復(fù)位，報(bào)警燈不閃；</p><p>　　報(bào)警條件依然存在，報(bào)警燈由閃爍變?yōu)楹懔粱蛘呦纭?lt;/p><p>　　當(dāng)

63、報(bào)警條件消失，報(bào)警燈熄滅并且外部報(bào)警輸出接觸器閉合。如果在第一個(gè)報(bào)警條件消失之前第二個(gè)報(bào)警條件產(chǎn)生了，蜂鳴器再次被觸發(fā)，但此時(shí)只有第二次報(bào)警燈閃爍，第一次報(bào)警燈保持恒亮。</p><p>　　報(bào)警系統(tǒng)的主要組成部分是報(bào)警單元，主報(bào)警面板(安裝在集控室，能進(jìn)行完整的系統(tǒng)測試和報(bào)警確認(rèn))和從報(bào)警面板（安裝在駕駛臺(tái)，只能進(jìn)行報(bào)警燈的測試和本地蜂鳴的取消）。報(bào)警單元上有報(bào)警面板和傳感器的端子，也提供全船通用報(bào)警的輸出信號(hào)

64、。</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警功能：</b></p><p><b>　　a.舵機(jī)綜合報(bào)警</b></p><p>　　b.no._ 舵機(jī)伺服油泵過載</p><p>　　c.no._ 舵機(jī)伺服油泵斷相故障</p><p>　　d.no._ 舵機(jī)伺服油泵電源故障&l

65、t;/p><p>　　e.no._ 舵機(jī)伺服油泵控制電源故障</p><p>　　f.no._ 舵機(jī)伺服油泵單元液位低</p><p>　　g.no._ 舵機(jī)伺服油泵液壓鎖</p><p>　　h.no._ 舵機(jī)濾器堵塞</p><p>　　2.2.3隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)工作過程</p><p>　　首先

66、在舵機(jī)控制板上按“RUN PUMP1”和“RUN PUMP2”鈕,則在舵機(jī)控制器上給變頻器和變頻電機(jī)提供電源，變頻器啟動(dòng)后處于待機(jī)狀態(tài)；然后操舵模式選擇隨動(dòng)“FU INCOMMANDE”，則在選擇單元電路板上通過跳鍵J50對(duì)應(yīng)K50閉合選擇隨動(dòng)操舵模式，屏蔽了其他操舵模式通道；操舵地點(diǎn)選擇駕駛臺(tái)主操舵，則在選擇單元電路板上IN_COMMANDE_50通道被選通，其他通道關(guān)閉。</p><p>　　在駕駛臺(tái)隨動(dòng)舵輪

67、上給定一個(gè)左滿舵的操舵信號(hào)，由舵令發(fā)送單元在電路圖2-2中3和4間送出5V的電壓信號(hào)，經(jīng)選擇單元在電路圖2-3中K50隨動(dòng)操舵模式通道和圖2-4中IN_COMMANDE_50主操舵地點(diǎn)通道到放大單元，在放大單元電路圖4-5中經(jīng)8AC輸入，經(jīng)運(yùn)放放大后（負(fù)信號(hào)），信號(hào)送往舵機(jī)控制器后，變頻器接收這個(gè)帶負(fù)號(hào)的10V模擬量信號(hào)，負(fù)的信號(hào)控制電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)向（左舵），幅值10V模擬量信號(hào)控制電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速，舵葉開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)舵角反饋跟蹤舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)，

68、反饋單元送來的反饋信號(hào)經(jīng)12C輸入運(yùn)放放大（正信號(hào)）。這樣，舵令發(fā)送的信號(hào)（負(fù)）和舵角反饋信號(hào)（正）在此疊加，疊加的信號(hào)輸出到舵機(jī)控制器，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)，直至舵葉跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)到左滿舵位置，此時(shí)疊加的信號(hào)為零，運(yùn)放輸出為零，舵葉被鎖定。</p><p>　　2.3應(yīng)急舵控制系統(tǒng)</p><p>　　應(yīng)急操舵只有在自動(dòng)操舵和隨動(dòng)操舵都不能使用的情況下提供的一種操舵方式，在幾種操舵模式中

69、，應(yīng)急舵具有最大的優(yōu)先權(quán)。</p><p>　　圖2-11 應(yīng)急舵原理框圖</p><p>　　育鯤上應(yīng)急舵分為舵機(jī)旁的主應(yīng)急操舵和駕駛臺(tái)應(yīng)急操舵。應(yīng)急舵的信號(hào)（+-10V）直接送到舵機(jī)控制器，到變頻器控制泵的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（正負(fù)），在通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)舵的轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　應(yīng)急操舵特點(diǎn)：手摁舵轉(zhuǎn)，手放舵停；左舵左摁，回舵右摁；右舵右摁，回舵左摁。因?yàn)閼?yīng)急舵是一

70、個(gè)開環(huán)控制，使用應(yīng)急舵時(shí)要十分關(guān)注舵角指示器的舵角變化，在到達(dá)期望舵角前需要一直按壓，快要達(dá)到期望舵角時(shí)需要釋放；而在船舶偏航時(shí)操應(yīng)急舵，還應(yīng)注意提前打反舵角才能使船舶回到航線上（打反舵角也需要持續(xù)按壓）。</p><p>　　2.4“育鯤”自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵（Kongsberg）</p><p>　　2.4.1自動(dòng)舵概述</p><p>　　自動(dòng)舵是按照船舶對(duì)航向的偏

71、離角度來控制船舶的航跡，其操舵系統(tǒng)實(shí)際上是在隨動(dòng)舵的基礎(chǔ)上省去了手輪，加上航向反饋而形成的，它是舵角反饋和航向反饋的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-12傳統(tǒng)自動(dòng)舵原理框圖</p><p>　　以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向調(diào)節(jié)的比例-微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的大小和方向來調(diào)節(jié)的比例-微分-積分舵。</p><p>　　比例控制：

72、按偏航信號(hào)成比例提供舵角指令信號(hào)；</p><p>　　微分控制：又叫反舵角，當(dāng)船舶返回給定的航向時(shí)，起阻尼作用，克服船舶的慣性；</p><p>　　積分控制：自動(dòng)糾正船舶航向，在船舶由于受到固定的干擾（風(fēng)、潮流、水流等）而偏離航線時(shí)，自動(dòng)使船回到設(shè)定的航線上。</p><p>　　自動(dòng)操舵儀中的常用調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及調(diào)節(jié)規(guī)律</p><p>　　

73、（1）比例舵角調(diào)節(jié):重載時(shí)船舶回轉(zhuǎn)慣性大，要求較大的舵角比例。船速較高時(shí)，較小的舵角比例就能實(shí)現(xiàn)糾偏。</p><p>　?。?）反舵角調(diào)節(jié)（微分舵）：根據(jù)船舶偏航速率，與舵角比例配合調(diào)節(jié)。偏航速率大，所需反舵角制動(dòng)作用大，反之亦然。</p><p>　?。?）靈敏度調(diào)節(jié)。防止風(fēng)浪大時(shí)，舵機(jī)動(dòng)作頻繁。調(diào)節(jié)規(guī)律為:風(fēng)平浪靜，靈敏度高；大風(fēng)大浪，靈敏度低。</p><p&g

74、t;　?。?）航向調(diào)節(jié)。用于自動(dòng)航行中改變航向。通常一次航向改變不超過10度。防止偏航報(bào)警誤動(dòng)作。 </p><p>　?。?）羅經(jīng)匹配旋鈕。開航前主羅經(jīng)工作穩(wěn)定后，將操舵分羅經(jīng)與主羅經(jīng)指示一致。</p><p>　?。?）自動(dòng)、隨動(dòng)、應(yīng)急操舵轉(zhuǎn)換開關(guān)。</p><p>　?。?）航向警報(bào)消音按鈕。</p><p>　　2.4.2“

75、育鯤”輪的自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵組成及原理</p><p>　　1.“育鯤”輪AP2000型自動(dòng)舵的系統(tǒng)組成</p><p>　　圖2-13 “育鯤”輪AP2000型自動(dòng)舵的系統(tǒng)組成</p><p>　　帶有附件的控制單元：自動(dòng)舵所有的設(shè)置和操作都在此單元上發(fā)生。在前面板上除了按按鈕外，它還有三個(gè)LCD顯示和一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的航向選擇旋鈕。</p><p&g

76、t;　　b.主機(jī)：進(jìn)行操舵運(yùn)算，連接航路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、助航儀器、電羅經(jīng)（一系列的）、計(jì)程儀。</p><p>　　c.航向傳感器：自動(dòng)舵能讀出大多數(shù)類型的方向參考傳感器。它們可能是電羅經(jīng)、磁羅經(jīng)、磁通門羅盤。</p><p>　　主羅經(jīng)（操舵羅經(jīng)）應(yīng)是一個(gè)電羅經(jīng)，而監(jiān)視羅經(jīng)（復(fù)示羅經(jīng)）可以是一個(gè)電羅經(jīng)，磁羅經(jīng)或者磁通門羅盤。主機(jī)能讀一系列的來自電羅經(jīng)的數(shù)據(jù)，可以是NMEA0183或者Simra

77、d RGC專用輸出。當(dāng)設(shè)備帶有電羅經(jīng)的界面板時(shí)，控制單元能同步讀出電羅經(jīng)?？刂茊卧材軓娜魏畏较騻鞲衅骱脱b備有CD109航向探測器的磁羅經(jīng)讀出sin/cos。</p><p>　　e.分配單元：D9X分配單元，D9X是一個(gè)主相互連接單元。主電源、報(bào)警電源、操舵裝置界面、舵角反饋和額外的報(bào)警都是連接到此單元。</p><p>　　除了航向傳感器，系統(tǒng)還包括以下單元：AP2000Track P

78、ilot控制單元，MC100主機(jī)，RF14XU舵角反饋單元，D9X 分配單元。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)注意的是，標(biāo)準(zhǔn)的主電源是24V DC，如果AC電源被用，系統(tǒng)必須有一個(gè)AC電源適調(diào)器。模式選擇器和速度輸入對(duì)所有的設(shè)備都是強(qiáng)制的。模式選擇器通常由操舵控制系統(tǒng)提供。</p><p>　　“育鯤”輪自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵原理</p><p>　　“育鯤”輪自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵是自

79、適應(yīng)自動(dòng)舵，具有自動(dòng)航向保持，自動(dòng)導(dǎo)航航跡系統(tǒng)（ANTS），即航跡舵功能。</p><p>　　自動(dòng)導(dǎo)航航跡系統(tǒng)實(shí)際上是通過一臺(tái)微處理器，將人工輸入的計(jì)劃航線（各轉(zhuǎn)向點(diǎn)的經(jīng)緯度）與通過定位傳感器得到的實(shí)時(shí)船位等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、比較分析和處理，并得到一個(gè)可供自動(dòng)舵執(zhí)行的航向（也稱指標(biāo)航向C）。在執(zhí)行過程中，由于船舶受到風(fēng)流壓的影響，船位還會(huì)偏離計(jì)劃航線，此時(shí)，航跡自動(dòng)舵能給出一個(gè)新的指標(biāo)航向，因此，指標(biāo)航向是一連串變

80、化的，并均勻的改變指標(biāo)航向，從而達(dá)到自動(dòng)保持在航跡帶內(nèi)所需航向和在轉(zhuǎn)向點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向的目的。其工作原理如下圖示</p><p>　　圖2-14自動(dòng)航跡舵原理框圖</p><p>　　a.實(shí)時(shí)船位的獲?。簩?shí)時(shí)船位一般由GPS、LORAN-C等船舶定位儀獲得。目前被廣泛采用的是GPS定位儀，它能獲得連續(xù)船位，并且精度高。當(dāng)微處理器收到船位信號(hào)后，還要做坐標(biāo)系統(tǒng)誤差的修正、船位數(shù)據(jù)的濾波處理和粗大

81、誤差的剔除處理，從而得到更精確的船位。</p><p>　　b.計(jì)劃航向的確定：當(dāng)計(jì)劃航線一旦確定后，即可向航跡舵組件輸入轉(zhuǎn)向點(diǎn)的經(jīng)緯度，兩轉(zhuǎn)向點(diǎn)航法有兩種選擇：恒向線（Rhumb Line）航法和大圓航線（Great Circle Route）航法。若選用恒向線航法，微處理器便能計(jì)算出各轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間的計(jì)劃航向。若采用大圓航法，則可確定在某一段時(shí)間內(nèi)（如4h）認(rèn)為是不變的計(jì)劃航向。</p><p

82、>　　c.航跡保持原理：當(dāng)?shù)玫接?jì)劃航線和實(shí)時(shí)船位數(shù)據(jù)后，微處理器將二者進(jìn)行比較，并計(jì)算出船舶到下一轉(zhuǎn)向點(diǎn)應(yīng)行駛的航向。然而，由于羅經(jīng)精度和自動(dòng)舵保持航向的誤差等因素的影響，以此作為指標(biāo)航向指令自動(dòng)舵控制航行并不能保持船舶航行在計(jì)劃航線上。例如，到下一個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)的航程為500n mile，實(shí)時(shí)船位距計(jì)劃航線的垂直距離（位置偏移量）為1n mile，則航向的偏差僅為0.1度，而用這樣小的偏差角度去修正自動(dòng)舵的執(zhí)行航向，使船舶保持在計(jì)劃航

83、線上是難以實(shí)現(xiàn)的</p><p>　　因此，實(shí)際操作中，駕駛?cè)藛T需要根據(jù)海況等因素，設(shè)定一個(gè)允許在計(jì)劃航線附近一定距離范圍內(nèi)的位置偏移量和這個(gè)偏移量的最大限制值，如下圖示。這里，位置偏移量的計(jì)算是以計(jì)劃航線為基準(zhǔn)的，d稱為航跡帶寬度。當(dāng)船舶航向在A區(qū)時(shí)，就認(rèn)為船舶基本保持在計(jì)劃航線上。當(dāng)船舶偏移在區(qū)域B時(shí)，微處理器計(jì)算出風(fēng)流壓差，操舵裝置開始工作修正指標(biāo)航向，使船回到A區(qū)內(nèi)。一般每過15~30min進(jìn)行一次風(fēng)流壓

84、差的修正計(jì)算。如果船位位于區(qū)域c中時(shí)，則認(rèn)為船舶不能自動(dòng)保持航跡，需要駕駛員進(jìn)行人工處理。</p><p>　　圖2-15航跡保持原理</p><p>　　d.自動(dòng)轉(zhuǎn)向原理：航跡自動(dòng)舵組件在自動(dòng)轉(zhuǎn)向中的主要?jiǎng)幽苁谴_定轉(zhuǎn)向的時(shí)機(jī)和均勻的改變指標(biāo)航向。如上圖2-15示當(dāng)船舶航行到a、b或c時(shí)，航跡組件能根據(jù)轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置、當(dāng)時(shí)航速、航向改變量和轉(zhuǎn)向允許的速率，自動(dòng)確定提前開始轉(zhuǎn)向的距離或時(shí)間，從

85、而自動(dòng)轉(zhuǎn)到下一個(gè)計(jì)劃航向上。</p><p>　　第3章 操舵系統(tǒng)故障分析與改進(jìn)</p><p>　　3.1故障現(xiàn)象與分析</p><p>　　1.現(xiàn)象：在船舶起航時(shí)，駕駛臺(tái)選擇操舵模式為隨動(dòng)操舵，打出一個(gè)舵角（不論是大舵角或小舵角），舵機(jī)不動(dòng)作或者是另外一種情況：舵機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)直到滿舵角位置，不在跟隨的隨動(dòng)舵角處停止。駕駛臺(tái)采取應(yīng)急措施，立即轉(zhuǎn)為應(yīng)急舵操舵，在應(yīng)急操

86、舵模式下，舵機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，等船舶駛出港口到開闊海域，再轉(zhuǎn)為隨動(dòng)舵操舵模式，此時(shí)隨動(dòng)舵又完全恢復(fù)正常。這故障的出現(xiàn)是短時(shí)性的，沒有經(jīng)過對(duì)舵機(jī)任何處理，自行恢復(fù)正常。此兩種故障時(shí)均沒有故障報(bào)警。</p><p>　　2.分析：第一種情況可能是由于舵令發(fā)送通道故障，從舵令發(fā)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的信號(hào)傳輸線路上出現(xiàn)接觸不良，在起航時(shí)的震動(dòng)下短時(shí)間的斷路，導(dǎo)致舵令無法正常發(fā)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成正常轉(zhuǎn)舵。后來在停航期間，對(duì)駕駛臺(tái)主操

87、舵面板、控制箱打開進(jìn)行掃灰清潔，并對(duì)接線排上各接線進(jìn)行緊固，之后再無此故障出現(xiàn)。</p><p>　　第二種情況可能是隨動(dòng)舵反饋單元出現(xiàn)短暫的電氣斷路，反饋單元未檢測到舵桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)發(fā)送的反饋信號(hào)仍然是舵葉未發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的位置，控制單元接收的是舵角指令信號(hào)和反饋舵角信號(hào)的偏差經(jīng)放大后送往舵機(jī)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此這時(shí)變頻控制的電機(jī)便會(huì)一直處于起始工作狀態(tài)（在沒有反饋信號(hào)的情況下會(huì)一直放大舵令信號(hào)），不會(huì)因

88、實(shí)際舵角與指令舵角偏差變小而減緩轉(zhuǎn)速。當(dāng)舵角達(dá)到滿舵角位置時(shí)，舵機(jī)會(huì)因?yàn)槎鏅C(jī)控制器的電氣限位或舵葉偏轉(zhuǎn)限位開關(guān)的機(jī)械保護(hù)而停止轉(zhuǎn)舵，防止舵機(jī)和操舵系統(tǒng)受損。</p><p>　　3.改進(jìn)意見：設(shè)置操舵失敗報(bào)警</p><p>　　當(dāng)選擇隨動(dòng)操舵模式時(shí)，操舵失敗報(bào)警在駕駛臺(tái)提供聲光報(bào)警，說明舵葉無法跟隨舵令。這個(gè)系統(tǒng)總是比較舵令和實(shí)際舵角。當(dāng)這個(gè)信號(hào)超過一個(gè)確定值（設(shè)定報(bào)警點(diǎn)，通常為5

89、76;）系統(tǒng)計(jì)算舵葉到達(dá)新位置的時(shí)間。如果舵葉沒有在計(jì)算的時(shí)間內(nèi)到達(dá)，報(bào)警會(huì)自動(dòng)響起。并且舵葉被鎖住在當(dāng)前位置,當(dāng)前為正舵時(shí)船舶沿直線航行,當(dāng)前為某一非零度舵角時(shí),船舶沿一定半徑的圓轉(zhuǎn)圈。</p><p>　　操舵失敗報(bào)警單元包括一個(gè)PLC（可變程序控制器）和連接外部信號(hào)的端子。</p><p>　　當(dāng)在隨動(dòng)舵模式下，舵令給出經(jīng)過一定的時(shí)間T到舵角跟隨，此時(shí)舵令和即時(shí)舵角偏差5°

90、時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)在駕駛臺(tái)發(fā)出聲光報(bào)警：</p><p>　　30秒內(nèi)完成70°舵角的改變</p><p>　　6.5秒內(nèi)完成5°的改變</p><p>　　舵角改變?cè)?-70°之間時(shí)，按下列公式計(jì)算時(shí)間</p><p>　　T=R/2.76+4.64</p><p><b>　　R=

91、舵角改變的度數(shù)</b></p><p>　　T=最大延遲時(shí)間（s）</p><p>　　如果有操舵失敗報(bào)警系統(tǒng)失電的情況，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，其設(shè)置為一個(gè)常閉觸點(diǎn)提供給主報(bào)警系統(tǒng)E0（船舶通用報(bào)警系統(tǒng)）。</p><p>　　3.2 關(guān)于“育鯤”舵機(jī)應(yīng)急操舵的改進(jìn)意見</p><p>　　問題提出：育鯤輪舵機(jī)的應(yīng)急操舵分為駕駛臺(tái)

92、應(yīng)急操舵和舵機(jī)房機(jī)旁應(yīng)急操舵，然而二者的應(yīng)急操舵信號(hào)都是經(jīng)過變頻器來控制電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向?，F(xiàn)在我們假設(shè)一旦變頻器出現(xiàn)故障而電動(dòng)機(jī)依然好用時(shí)，此時(shí)應(yīng)急舵將失去效用，這給船舶和人身安全造成很大的隱患。很多船舶舵機(jī)為閥控型液壓舵機(jī)，電機(jī)恒速帶動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，通過控制左右舵電磁閥進(jìn)而控制液壓油路的流向，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，這種船舶的應(yīng)急舵可以通過手動(dòng)按壓電磁閥改變液壓油流向使舵機(jī)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急操舵。然而育鯤輪上的舵機(jī)是轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)，為泵控型液壓舵

93、機(jī)，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和變轉(zhuǎn)速帶動(dòng)定量泵，控制液壓油流向?qū)崿F(xiàn)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，所以育鯤輪舵機(jī)的應(yīng)急操舵控制難以在液壓系統(tǒng)方面做出改進(jìn)。所以提出一種方案，應(yīng)急操舵直接控制電機(jī)而不經(jīng)過變頻器控制，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向。</p><p><b>　　改進(jìn)方案：</b></p><p>　　圖3-1駕駛臺(tái)應(yīng)急操舵電路圖</p><p>　　此處為駕駛臺(tái)的應(yīng)急操舵直

94、接控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地排除了變頻器故障給船舶和人身安全帶來的隱患。駕駛臺(tái)的24V弱電控制電機(jī)主電源380V的通斷，即是電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，代表舵機(jī)的左右轉(zhuǎn)向動(dòng)作。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　近四個(gè)月的畢業(yè)實(shí)習(xí)通過對(duì)育鯤輪舵機(jī)系統(tǒng)的研究和分析，對(duì)舵機(jī)整個(gè)系統(tǒng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)到隨動(dòng)舵應(yīng)急的舵電氣控制系統(tǒng)和目前先進(jìn)的自動(dòng)航跡舵的組成、工作

95、原理有了更深的認(rèn)識(shí)和理解。</p><p>　　液壓轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的撞桿式液壓舵機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，質(zhì)量輕且轉(zhuǎn)船力矩大，工作時(shí)的振動(dòng)和噪聲小，是目前造船選擇較多的一種舵機(jī)。然而正是由于轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的集成化，致使其在液壓管路方面一旦在集成閥件內(nèi)部泄露，很難被發(fā)現(xiàn)，這也是液壓舵機(jī)易發(fā)故障的主要原因之一。</p><p>　　勞斯萊斯舵機(jī)的隨動(dòng)電氣控制系統(tǒng)由舵令發(fā)送單元，經(jīng)過選擇單元、放

96、大單元、舵機(jī)控制器、變頻器到控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)舵的轉(zhuǎn)向和舵角跟隨，中間信號(hào)傳遞過程長，特別是控制系統(tǒng)（cs）接線復(fù)雜，這對(duì)電氣故障的查找和常規(guī)維護(hù)造成不便。</p><p>　　先進(jìn)的自動(dòng)航跡舵較傳統(tǒng)的自動(dòng)舵，多接入了GPS信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了除舵角反饋和航向反饋，增加了船位反饋的三閉環(huán)控制系統(tǒng)。然而正是自動(dòng)化程度高，需要接入的傳感器信號(hào)很多，如果有一個(gè)傳感器信號(hào)錯(cuò)誤，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)給出錯(cuò)誤的舵角指令，反而使船舶偏航無法實(shí)現(xiàn)

97、航向保持。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】“育鯤”輪上Rolls-Royce舵機(jī)英文說明書（by WUCHANG Shipyard Hull NO. A156L）</p><p>　　【2】李世臣.海上輪機(jī)實(shí)習(xí).大連：大連海事大學(xué)，2010.</p><p>　　【3】譚躍.電力

98、拖動(dòng)課件.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　近四個(gè)月的畢業(yè)實(shí)習(xí)，完成這篇論文與老師們的關(guān)心和同學(xué)們的幫助是分不開的。 </p><p>　　首先感謝電子電氣所有的老師們，你們淵博的專業(yè)知識(shí)開啟了我們的智慧之門，同時(shí)感謝育鯤輪機(jī)部老師們悉心的指導(dǎo)和教誨，特別是電機(jī)員邸德輝老師，他帶領(lǐng)我們干活時(shí)精湛的技術(shù)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度