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自動舵,全稱"自動操舵裝置控制系統",又稱"自動操舵裝置"。是指能自動及時糾正船舶的偏航,使船較長時間和較準確地保持在指定航向的一種操舵裝置。其工作原理為:當船首受到風浪、流等外力作用而偏離原航向一定角度(偏航角)時,該裝置立即動作,使舵葉偏轉一定角度(偏舵角),船首在舵力作用下逐漸返回原航向;為防止船首回轉慣性過大,船首在未到達和接近原航向時,該裝置使舵正舵或產生一個反舵角,從而使船首回到原航向。為了適應船舶的不同受載狀況和海況,一般自動舵還設置了一些調節旋鈕。自動舵模擬并代替了,人工操舵方式,其保持航向的精度比人工操舵高,對地提高了航速。目前,海船上常用的自動舵有比例-微分舵、比例-微分-積分航、自適應舵和自動駕駛儀(航跡舵)等。

船舶操縱的自動舵是船舶系統中的一個不可缺少的重要設備,是用來控制船舶航向的設備,能使船舶在預定的航向上的運行,隨著現代科學技術的不斷進步,各種先進儀器的使用,使用船舶操縱開始向智能化方向發展,本文就船舶操縱自動舵的構成的工作原理方面進行了綜述。

關鍵字:船舶,自動舵,現代船舶自動化

船舶操縱的自動舵是船舶系統中一個不可缺少的重要設備,是用來控制船舶航向的設備,能使船舶的預定的航向上運行,它能克服使船舶偏離預定航向的各種干擾影響,使船舶自動地穩定在預定的航向上運行,是操縱船舶的關鍵設備。它的性能直接關系到船舶的航行安全和經濟效益。代替人力操舵的自動舵的發展在相當程度上減少了人力,節省了燃料,降低了機械磨損,直接影響到船舶航行的操縱性、經濟性和安全性。

舵機裝置由操舵裝置、舵機、傳動機構和舵葉四部分組成。

(1)操舵裝置:操舵裝置的指令系統,由駕駛室的發送裝置和舵機房的接受裝置組成。

(2)舵機:轉舵的動力。

(3)傳動機構:能將多機產生的轉舵力矩傳遞給舵桿。

(4)舵葉:環繞舵柱偏轉,承受水流的作用力,以產生轉舵力矩。

在自動操舵儀中,按控制系統分類可分為三種操舵方式:

(1)直接控制系統或稱單舵系統、應急操舵。

(2)隨動控制系統。

(3)自動操舵控制系統,又稱自動航向穩定系統。

自動操舵適用于船舶在海面上長時間航行,隨動操舵供船舶經常改變航向時使用,如在內河、狹航道區和進出港口。當自動航向/航跡、隨動操縱出現故障時,可用應急的簡單操舵,直接由人工控制電磁換向閥,使舵正、反或停轉。

原理:利用電羅經檢測船舶實際航向α,然后與給定航向Κº進行比較,其差值作為操舵裝置的輸入信號,使操舵裝置動作,改變偏舵角β。在舵角的作用下,船舶逐漸回到正航向上。船舶回到正航向后,舵葉不再偏轉。

自動舵的控制原理:

(1)比例舵(Ρ舵)

比例舵操舵的規律是:偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例關系,即:

β=-K1φ(2-1)

β:偏舵角,K1:比例系數,φ:偏航角,-:偏舵角方向是消除偏航。

K1是可調的比例系數,一般根據船型、吃水、裝載量來確定。但船舶載荷增加(慣量J加大)而且航速變慢,使周期T變長。為了縮短周期使船舶偏航迅速消除,就可加大K1。隨船型而不同,對萬噸船來說,一般為2~3,即偏航1º時,偏航角為2~3º。比例系數過大,將使船舶偏航振幅加大。因此比例操舵雖然簡單、可靠,但航向穩定精度較差。當受一舷持續偏航力矩作用時,不能保證船舶的定向航行。

性能:可消除偏航。

特點:機構簡單,航行保持精度較差,船舶營運經濟性較差(會出現S型航跡)。

比例舵的不足:偏航初期偏舵角較小,不能很快阻止船舶繼續偏航;回航過程中船舶有慣性,偏舵角不能及時減小,容易反向偏航。

(2)比例—微分舵(PD舵)

比例-微分舵操舵的規律是:偏舵角β的大小與偏航角φ的大小成比例-微分關系,即:β=-(K1φ+K2dφ/dt)(2-2)

(表示偏舵角與偏航角和偏航角速度成比例)

如果傳播航速度大,產生的-K2dφ/dt也大,則舵角β就增加,船回航時dφ/dt變號,使回舵角增加。

微分部分作用是保證偏舵速度和偏舵角,從而能教好地克服船舶慣性,提高航向的精度,減少船舶的S航跡,使船舶較性的穩定在正航向上。

原理:船舶回到正航向前,已受到微分部分的反向舵作用,從而能有效地阻止因慣性而向反方向的偏航。微分舵又叫糾偏舵、穩舵角或反舵角。偏航初期,偏舵角變化率大,比例-微分舵能及時給出大偏舵,有效地阻止船舶反向偏航(最大偏航角較?。?;回航時,偏航角變化率變為負值,能適時給出反舵角,阻止船舶反向偏航,即能有效阻止反向偏航。

主要特點:具有“超前校正”的控制作用,減小船舶航向的振蕩,減輕航機負擔,增加航速,提高系統靈敏度和船舶的營運效益。

(3)比例—微分—積分舵(PID舵)

組成:是在比例-微分舵基礎上增加積分環節。

β=-(K1φ+K2dφ/dt+K3òφdt)(2-3)

積分環節作用是—克服不對稱偏航。K3是積分系數。

積分環節工作原理:積分環節可以偏航持續時間進行累積,當某舷(側)偏航持續的時間比另一舷(側)持續時間長時,通過環節輸出的信號(偏舵角)將繼續保持,這個信號將通過執行機構使舵葉維持在一定的偏轉角度上,從而使船舶具有克服單向偏航的能力。

由于衛星、計算機、雷達技術在船舶上的應用,現代船舶自動化程度相當高,自動操舵儀開始向智能舵發展。但是不管怎樣發展,雖然它們的控制規律各不相同,但控制的目的是一致的,即能按照偏航角的大小轉動相應舵角,并使船舶盡快地到達規定的航向。

公司的主要產品有:穩壓電源、逆變器、穩壓箱、集成傳話器、GPS方位傳感器、磁羅經方位傳感器、雷達殼、自動舵、值班報警器、電動油門控制器、話筒等各種船用配件,深受廣大客戶的好評。

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