船舶操舵仪与自动舵
船舶操舵仪与自动舵
[size=10.5pt]操舵仪有自动操舵仪（俗称电罗经或磁罗经操舵自动跟踪操舵仪）、随动操舵仪（俗称舵轮操舵，包括遥控操舵）和应急操舵仪（俗称手动操舵、手柄操舵），自动操舵仪是按照设定的航向直线运行；随动操舵仪是按照驾驶员的指令，按一定的舵角做回转运动，只要合理使用，能使船舶处于最佳航行状态；应急操舵仪是最简易可靠的操舵仪（缺点是精度太差，往往使船舶走S形，耗油严重）。
1、应急操舵仪是不存在操舵的精度，只要在规定的时间内（如24-28s）达到左右满舵，就行。
2、随动操舵仪比应急操舵仪精度高得多，因为它具备了简单的人机对话功能，所以应用的船舶最多（因为它成本低，尤其使用于近海航线）.
3、自动操舵仪是在随动操舵仪的基础上，利用电罗经或磁罗经（现在利用GPS）等设备，增加了航向的偏航信号，利用航向信号的偏差代替人工舵轮，这一部分性能的好坏，直接关系到航线的准确度
早期日本生产的ES-11、TG-3000、TG-5000等电罗经所配备的自动舵，性能稳定，价格低廉。但是随着使用寿命的延长，这些操舵仪有一个共同的通病。
1．自动状态走S形，0点不稳
2．随动状态左右舵角不平蘅，0点不稳
3．随动状态（包括自动）死角过大
4．舵震荡严重，继电器损坏过快，船舶震动严重
5．无法使用随动状态（包括自动）
对以上问题检修的办法
1．自动部分对2KC的震动和相敏整流进行检查
2．随动部分对舵轮和跟踪的5K电位器进行检查
3．对跟踪部分的电缆检查，有无漏电
4．对舵机执行部分的阻尼系统检查
通过以上检查，一般情况下都能得到解决
如果还是不行，可以更换价格低廉性能稳定的国产随动板和自动板，一步到位，彻底解决以上的5个故障通病，既快又好，省时、省力、省成本，
船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案
船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案 作者：李成玉 摘要:文章分析了半导体分立元件和集成电路设计的自动舵工作原理,指出它们的缺点及其 故障产生的根本原因。应用可编程序控制器(PLC)技术研制的自动舵,克服了常规自动舵的缺点及其参数整定困难和控制效果的不足。自整定比例微积分调节器(PID)自动舵能够自动适应船况和海况的变化,实现无扰动切换、变增益调节、抗积分饱和、微分先行等功能,克服了舵机振荡。实船应用证明了该自整定比例微积分调节器船舶自动舵的有效性。 0引言 船舶自动操舵仪是保证船舶安全航行的重要设备,而舵机振荡出现的故障率最高。我国造船工业已具规模,每年生产艘数甚多的小型船舶,开发出性能可靠、价格合理的船舶自动操舵仪,完全可以得到推广和应用。针对船舶自动操舵仪出现的故障,分析了其控制单元的特点及工作原理,给出了通用的性价比高的技术解决方案。 1常规自动舵控制单元分析
1)半导体分立元件自动舵。 半导体分立元件正常工作需要一定的条件,若超出其允许的范围,将不能正常工作,甚至造成永久性的破坏。对于大功率管的功耗能力并不服从等功耗规律,其工作电压升高,其耗能功率相应减小。三极管在工作时,可能Uce并未超过BUceo,Pc也未达到Pcm,而三极管已被击穿损坏了。因此,使用半导体模拟元件要考虑di/dt、du/dt的影响,即使在其允许工作范围内也可能造成损坏。特别是外延型高频功率管,在使用中要防止二次击穿。元器件老化、特性飘移,引起性能下降、工作不稳定,故障率最高。 2)集成电路设计的自动舵。 集成电路与分立元器件组成的电路相比,具有体积小、功耗低、性能好、重量轻、可靠性高、成本低等许多优点。但同样对电源电压、温度、湿度等外界因素变化敏感,其内部又存在固有噪声,这些将引起回路特性和参数变化,降低其稳定性和可靠性。其功能扩展困难,难以调试,不能在线修改和故障诊断,对制作工艺要求很高。故障分析和排除十分困难。 3)舵机振荡出现的几率最高。 印刷电路板P. C. B要设法消除电路振荡,常用RC校正网络,在电路中加入电容C,或利用R、C元件进行相位补偿,改变电路的高频特性,从而破坏自激条件。 舵机抖动严重影响舵机工作和船舶航行,其发生的可能原因有舵机自
航向_航迹自动操舵仪船舵控制系统的研制
第13卷第3期中国惯性技术学报 2005年6月文章编号：1005-6734(2005)03-0047-05 航向、航迹自动操舵仪船舵控制系统的研制 周永余, 陈永冰, 周 岗, 李文魁 （海军工程大学导航工程系，武汉 430033） 摘要：给出了采用数字模拟与物理模拟相结合的方法模拟海上实船环境的航向、航迹自动操舵仪船—舵控制系统的设计方案和实现途径，并介绍了该控制系统的软件设计，该系统为航渡任务的安全、顺利完成提供了有力保障。 关 键 词：自动操舵仪；罗经航向；模拟航向；模拟舵角；模拟船位 中图分类号：U666.1文献标识码：A Design and Realization of Rudder Control System for Ship’s Course and Track Autopilot ZHOU Yong-yu, CHENG Yong-bing, ZHOU Gang, LI Wen-kui (Department of Navigation Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China) Abstract: The design project and realization approach to simulate ship and rudder control system of course, track autopilot in real navigation environment are introduced which combine digital simulation with physical simulation. Its software designs are also given. The system can guarantee for accomplishing navigation task safely and successfully. Key words: autopilot; gyrocompass course; analog course; analog rudder; analog trace. 0 概述 自动操舵仪是现代船舶上不可缺少的导航设备，其主要的功能是自动地、高精度地保持或改变船舶的航向，以保证船舶的平时安全航渡和恶劣环境时船舶的避碰。因此，自动操舵仪的性能优劣将直接关系到船舶航行的安全，并直接影响船舶的生命力[1]。 半个多世纪以来，虽然我国船舶航运的发展规模越来越大，但是船舶自动操舵仪的研制、生产和维修的调试环境却仍处于20世纪六、七十年代的水平。自动操舵仪在工厂的新产品装配后或在修理厂维修后，按理都应该对自动操舵仪的性能指标在实船环境中进行检测、调试，使性能指标满足设计要求，但实际上很难实现。 自动操舵仪每年都有新产品在制造厂研制、生产，自动操舵仪的维修在修理厂也是经常发生的。但是几十年来在自动操舵仪研制、生产和维修过程中没有一种有效的办法去实现按实船环境检测调整自动操舵仪的动态指标。制造厂和维修厂只能采用一种液压装置来模拟船舶的舵角进行线路的调试。由于该装置无法反映船舶动态航向的变化，航向或航迹控制电路只能凭经验进行粗调，要精确调 基金项目：国家自然科学基金资助项目（40376011） 收稿日期：2005-03-07 作者简介：周永余（1950—）男，海军工程大学副教授，从事舰船导航和组合导航的教学、科研工作。
船舶自动舵的设计
船舶自动舵的设计 吕振望，高帅 （大连海事大学航海学院大连 116026 ） 摘要：自动舵作为船舶改变航向和保持船舶航行在给定航向上的重要设备，对于船舶航行的安全性和经济性具有至关重要的作用。本文就自动舵设计所采用的二阶响应数学模型（Nomoto模型）进行了介绍。同时，主要以在线自整定PID（Proportional Integral Differential）船舶自动舵为例，简述了继电型自整定PID控制的基本原理及PLC （Programmable Logic Controller）实现的基本方法，给出了基于PLC的在线自整定PID 船舶自动舵的设计原理和实现方案。 关键词：船舶自动舵；自整定PID；船舶 0 引言 自动舵是一种自动操舵装置控制系统，能模拟并代替人力操舵，还可和其他导航设备结合组成自动导航系统，使船舶全程无人驾驶成为可能，大大提高了自动化水平。随着智能控制理论与计算机工业的飞速发展，许多新型的控制理论伴着微型计算机的广泛应用，同样也应用到自动舵上。 本文主要以自整定PID自动舵为例，说明了船舶自动舵的设计原理，对在自动舵设计中，所采用的数学模型进行了探讨，同时介绍自整定PID的算法以及如何正确地使用自动舵。 1 船舶自动舵的设计原理 船舶自动舵的主要结构是控制系统，其标准反馈结构图1如下：信号部分r，d，y，u；控制部分K；被控对象部分P；和传感器部分M。 图1 控制系统的框图 1.1 船舶运动响应模型 研究船舶自动舵的设计需从船舶运动的数学模型开始，船舶运动的数学模型是船舶自动
舵设计原理中很重要的一部分。本文以响应模型[1] 为例来说明船舶的运动。响应模型略去了横漂速度，抓住船舶动态从舵角到航向的导数再到航向的主要脉络，所获得的微分方程可保留非线性影响，把风浪干扰作用折合成为某一种干扰舵角构成一种输入信号与实际舵角δ一道进入船舶模型。该模型为Nomoto 模型的推广。 已知2阶Nomoto 模型为 δ??T K T 1='+ '' （1） 对于某些静态不稳定船舶，式（1）左端第二项T ?'必须代之以一个非线性）（?'H T K ，且 3H ?β?α?'+'='）（ （2） 于是非线性的2阶船舶运动响应模型成为 δ??T K H T K ='+ ''）（ （3） 显然，在线性情况下为使（1）和（3）式一致，必须有.0K 1==βα，由此可看出?βα，，，，T K 的关系。 野本（Nomoto ）对3阶船舶模型式做了一项出色的简化工作，使之降为2阶。论证的出发点在于，对于船舶这种大惯性的运载工具来说，其动态特性只在低频段是重要的，故在传递函数形式()[]()()() 1s T 1s T s 1s T K B A sI C s C 21301+++=-=-ψδ中，令0j s →=ω，且利用一个熟知的近似关系：当0x →时有()()x 1/1x 1+≈-，并忽略2阶和3阶小量，由此导出著名的Nomoto 模型 ()() 1s T s K s C 00+=ψδ 其中增益0K 与3阶模型相同，时间常数3210T T T T -+= 由于船舶的几何形状的复杂性，应用理论流体动力学方法计算流体动力导数是不可能的，因此它们的确定必须应该采用无量纲的流体动力系数。为此选择一些基本的度量单位，然后得到它们的无量纲值。其无量纲值的求法如下： () 3L 5.0/m m ρ=' L /x x c c =' V /v v =' V /rL r =' ()22L V 5.0/F F ρ=' ()23V L 5.0/N N ρ=' ()5zz zz L 5.0/I I ρ=' 16 mL I 2zz =
船用陀螺罗经组合操舵仪(标准状态：现行)
I C S47.020.70 U65 中华人民共和国国家标准 G B/T11877 2010 代替G B/T11877 1999 船用陀螺罗经组合操舵仪 M a r i n e a u t o p i l o tw i t h g y r o c o m p a s s 2010-09-02发布2010-12-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
前言 本标准代替G B/T11877 1999‘船用陀螺罗经组合操舵仪技术条件“三 本标准与G B/T11877 1999相比,主要变化如下: 标准名称由 船用陀螺罗经组合操舵仪技术条件 改为 船用陀螺罗经组合操舵仪 ; 修改并增加了术语和定义的内容(第3章); 修改了组成要求[4.1b)二4.1e)]; 修改了功能要求(4.3.2); 增加了对外信息输出要求(4.3.7); 删除了性能要求中的舵角复示器刻度精度和艏向指示器刻度精度要求; 修改了报警二转舵范围二防水性二倾斜和摇摆要求等(4.3.8二4.4.1二4.6.3二4.6.4二4.6.6); 删除了霉菌的要求和相关的试验条款; 修改了安全二安全距离二防水试验二倾斜和摇摆试验二安全距离试验等(4.8二4.10二5.11.3二5.11.4二5.11.6二5.15); 增加了油温高二滤器堵塞二罗经报警试验(5.2.5二5.2.6); 修改了标记和识别二包装二运输和贮存(第7章二第8章)三 本标准由中国船舶工业集团公司提出三 本标准由全国海洋船标准化技术委员会航海仪器分技术委员会(S A C/T C12/S C5)归口三 本标准起草单位:九江中船仪表有限责任公司三 本标准主要起草人:沈红星二丁华二肖宁二段德智二张洪斌二郭玉芳三 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: G B11877 1989,G B/T11877 1999三
船舶操舵仪与自动舵
船舶操舵仪与自动舵 [size=10.5pt]操舵仪有自动操舵仪（俗称电罗经或磁罗经操舵自动跟踪操舵仪）、随动操舵仪（俗称舵轮操舵，包括遥控操舵）和应急操舵仪（俗称手动操舵、手柄操舵），自动操舵仪是按照设定的航向直线运行；随动操舵仪是按照驾驶员的指令，按一定的舵角做回转运动，只要合理使用，能使船舶处于最佳航行状态；应急操舵仪是最简易可靠的操舵仪（缺点是精度太差，往往使船舶走S形，耗油严重）。 1、应急操舵仪是不存在操舵的精度，只要在规定的时间内（如24-28s）达到左右满舵，就行。 2、随动操舵仪比应急操舵仪精度高得多，因为它具备了简单的人机对话功能，所以应用的船舶最多（因为它成本低，尤其使用于近海航线）. 3、自动操舵仪是在随动操舵仪的基础上，利用电罗经或磁罗经（现在利用GPS）等设备，增加了航向的偏航信号，利用航向信号的偏差代替人工舵轮，这一部分性能的好坏，直接关系到航线的准确度 早期日本生产的ES-11、TG-3000、TG-5000等电罗经所配备的自动舵，性能稳定，价格低廉。但是随着使用寿命的延长，这些操舵仪有一个共同的通病。 1．自动状态走S形，0点不稳 2．随动状态左右舵角不平蘅，0点不稳 3．随动状态（包括自动）死角过大 4．舵震荡严重，继电器损坏过快，船舶震动严重 5．无法使用随动状态（包括自动） 对以上问题检修的办法 1．自动部分对2KC的震动和相敏整流进行检查 2．随动部分对舵轮和跟踪的5K电位器进行检查 3．对跟踪部分的电缆检查，有无漏电 4．对舵机执行部分的阻尼系统检查 通过以上检查，一般情况下都能得到解决 如果还是不行，可以更换价格低廉性能稳定的国产随动板和自动板，一步到位，彻底解决以上的5个故障通病，既快又好，省时、省力、省成本，
简述船舶操纵自动舵原理
简述船舶操纵自动舵原理 摘要：船舶操纵的自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，随着现代科学技术的不断进步，各种先进仪器的使用，使得船舶操纵开始向智能化方向发展，本文就船舶操纵自动舵的构成和工作原理方面进行了综述。 关键字：船舶自动舵现代船舶自动化 船舶操纵的自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行，是操纵船舶的关键设备。它的性能直接关系到船舶的航行安全和经济效益。代替人力操舵的自动舵的发展在相当程度上减少了人力，节省了燃料，降低了机械磨损，直接影响到船舶航行的操纵性、经济性和安全性。 舵机装置由操舵装置、舵机、传动机构和舵叶四部分组成。 （1）操舵装置：操舵装置的指令系统，由驾驶室的发送装置和舵机房的接受装置组成。 （2）舵机：转舵的动力。 （3）传动机构：能将多机产生的转舵力矩传递给舵杆。 （4）舵叶：环绕舵柱偏转，承受水流的作用力，以产生转舵力矩。 在自动操舵仪中，按控制系统分类可分为三种操舵方式： （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。 自动操舵适用于船舶在海面上长时间航行．随动操舵供船舶经常改变航向时使用，如在内河、狭航道区和进出港口。当自动航向／航迹、随动操纵出现故障时，可用应急的简单操舵，直接由人工控制电磁换向阀．使舵正、反或停转。 原理：利用电罗经检测船舶实际航向α，然后与给定航向K°进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。
浅谈船舶转向机构及其自动化
浅谈船舶转向机构及其自动化 船舶转向控制的核心是船舶航向保持控制。船舶航向控制实际上应区分为两类控制问题:在航向设定值不变时进行航向保持和在设定航向变化时进行航向跟踪。对船舶航向的两种控制应该采取不同的控制策略。但是，为简化起见，也可只应用一种控制律，但辅之以对设定航向的变化进行某种平滑处理，可收到一定的效果。例如采用一种动态的航向设定方法，或者采用间接多模态控制方法。也有很多的采用变结构控制、模糊以及神经网络控制器来控制。在风浪中的控制方面，需要使用风浪模型。应该说船舶转向控制的研究主要集中在自动舵的航迹控制中。 １．船舶操纵系统概述 1.1船舶操纵装置的组成 船舶操纵装置由操纵机构(由安装在驾驶室的发送装置和位于舵机房的接收装置组成，这是操纵装置的指令系统)、舵机(它是转舵的动力)、传动机构(它是用来将舵机所发出的转矩传递给舵柱的设备)、舵叶等组成。根据可采用的控制方式以及所采用反馈信号的不同，可分为应急、随动、航向和航迹这四类主要控制方式。操舵仪不用任何反馈直接操纵舵机控制舵的方式称为应急方式;采用舵角量测反馈形成舵角控制闭环的方式称为随动方式;增加航向量测反馈形成航向自动控制方式称为航向方式;采用位置量测反馈形成位置自动控制闭环的方式称为航迹方式。一般将具有后两种方式的操舵仪称自动操舵仪。因此，自动舵控制系统可有三种工作状态，即随动舵工作状态、航向控制工作状态和航迹控制工作状态。绝大多数的自动舵都有前二种工作状态，航迹控制目前应用相对较少，但这是自动舵的一个重要发展方向。在随动舵工作状态下，自动舵系统仅控制舵的转动角度，其实质是一个舵角位置随动系统;在航向控制工作状态下，操舵系统是它的内环(舵角闭环调节系统)，因此，操舵系统的性能如何将影响航向和航迹控制，影响着船舶操纵性能。 1.2操舵系统的现状 目前船舶操纵系统中比较常见的操舵系统是典型的电液位置伺服系统。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑、重量轻等优点。因此应用极为广泛，凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统，都有它的身影。如在飞机、船舶、雷达、机器人，以及在机床、电炉电极自动升降恒功率等系统中都大量采用了电液伺服系统。 虽然大约从20世纪90年代至今，PID控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制以及Bang-Bang控制、变结构控制、PWM(脉宽调制)、PCM(脉冲编码控制)、以及模糊神经网络等控制在电液伺服系统中逐步得到应用，使系统在满足系统性能要求的前提下，提高了其自适应性及鲁棒性。但在船舶操舵系
浅谈船舶电气自动化发展趋势
浅谈船舶电气自动化发展趋势 [ 内容提要]:随着科学技术的发展，船舶机舱从有人值守到自动化机舱的经历了几十年的发展过程。船舶电气自动化是实现机舱自动化、进而实现无人值班机舱的必要条件。本文就与船舶安全和性能关系较大、技术进步较快和具有发展前景的船舶电气自动化及船舶电站自动化基本功能进行简要概述, 针对当前船舶电气自动化技术及自动化电站系统的发展现状，论述了船舶电气自动化发展的趋势（包括系统监控的综合化、网络化）并做出了船舶电气自动化领域的展望。 关键词：船舶电气、自动化、发展趋势 1.船舶电气自动化概述及船舶电站自动化基本功能 1.1.船舶电气自动化概述 船舶电气自动化指的是船舶电站的自动化，其伴随着通信技术、控制技术以及微处理术而不断发展。电子技术的突飞猛进、集成电路的投入使用以及计算机网络的快速发展，这些良好的技术条件促使船舶电站控制得到了前所未有的新突破。时间推进到2l 世纪，制造业、通讯技术以及计算机辅助设计的逐步成熟，船舶的机舱管理以及货物装卸等多方面都在充分地运用计算机技术。其工作分站能够通过通信卫星与国际互联网进行互联，促进了船与船之问、岸与船之问的有机联系，加强了相互之间的对话，极大地促了信息的交流、咨询、设备的维护、资料备件的查询、船舶的管理以及资料的查阅等一系列业务活动，从而充分地提高了船舶航行的经济型、安全性与可靠性，为航运事业的良好发展奠定了强大的技术基础。 1.2.船舶电站自动化基本功能 1.发电机组依据电站运行情况和实际负荷需要，按预定的顺序自动起动备用机组,并能自动投入、自动停机； 2.故障状态下自动解列、停机的控制； 3.发电机组之间的自动并车、电压及无功功率的自动调节、并联运行中功率的自动分配、转移与电网频率的自动调整，重载询问(投入大负载时的自动询问装置)； 4.船舶电站的综合保护（包括发电机组机电故障的自动处理与报警）；
自动舵控制系统设计
自动舵控制系统设计 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。自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行,是操纵船舶的关键设备。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；给定航向与实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机构；舵；调节对象—船；舵角反馈机构等。自1922年自动舵问世到今天, 代替人力操舵的自动舵的发展确实取得了长足的进展, 在 相当程度上减少了人力, 节约了燃料, 降低了机械磨损, 但是 距离真正意义上的操舵自动化还有相。当大的距离。 一国内外研究现状 自70 年代起,国内一些科研院所、高校开展自动舵的理论与开发工作,并取得了不少成果,一些航海仪表厂家也独立或与研究所、高校合作开展了自动舵的试制和生产,其产品以模拟PID 舵为主。目前虽然国产自适应舵已经投入实船使用,但效果并不明显。智能控制舵还处于理论研究阶段,还没有产品化。航迹舵基
本上也处于研究阶段,还没有过硬的产品。 目前国外市场上有多种成熟的航向舵、航迹舵产品,其控制方法大多为比较成熟的自适应控制,例如日本Tokimec 公司的PR - 8000 系列自适应自动舵、德国Anschuz 公司的NAU TO CONTROL 综合系统中的自动舵、美国Sperry 公司VISIONTECHNOLOGY系统中的自适应自动舵等。近几年发展起来的智能控制及其它近代控制在自动舵上应用尚处于方案可行性论证及实验仿真阶段,还有待于进一步工程实现研究。 我国对自适应舵的研究起步较晚，自80年代以来，有关单位开展了对自适应舵的研究工作，发表了一些设计方案，仿真研究结果和产品。 1980年，南开大学袁著祉、卢桂章老师采用Norrbin性能指标，利用最小方差自校正控制器自适应律设计了船舶航向保持的自适应舵，发表了仿真结果。 1984年，中船总公司系统工程部林钧清利用最小方差自校正调节器，设计了自适应自动舵的软件，并进行了仿真研究。 1986年，大连海事大学陆样润、黄义新老师等人，采用了对偏航速率进行加权的最小方差自校正控制方案，进行了自适应舵的研制，他们先在实验室的实时仿真器上进行了联机实验，随后
浅谈船舶电气自动化
浅谈船舶电气自 动化现状及发展 趋势 刘承民 都基盛 高 飞 刘 昆 （大连船舶重工集团有限公司） 前言 ：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。 关键词： 船舶 自动化 发展趋势 概述 船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干 / 液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干 /
液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。 1 、船舶自动化的构成 船舶自动电站（船舶馈电中枢系统 PMS ）。 机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。 主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。 船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。 干 / 液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。 通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、 GPS(DGPS) 、自动识别系统等。通讯系统：卫通、 VHF 电话、桥搂值班报警系统、 GMDSS 等。按照 DNV 入级符号分为： NAUT-OC （大洋一人驾驶）、 NAUT-AW （所有海域一人驾驶）、 NAUT-OSV 海洋工程船一人驾驶） 冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)
DC-6X自动操舵仪
DC-6X系列自动操舵仪 1 概述 DC-6X系列自动操舵仪是一款具有航迹、航向、随动、应急等操舵功能的自动操舵仪。该系列自动操舵仪具有全数字化，集成度高，功能完备，可靠性高等显著特点。该系列自动操舵仪采用自适应控制算法，实时数据采集并学习后获取船舶操纵特性，自动计算最佳指令舵角，能够有效提高控制精度，减少无效动舵次数和舵机磨损，提高燃油经济性。 2 主要特点 1）安全可靠具有完全独立的两套控制系统，两套系统均可分别控制舵机，系统间互为热备份，可实时切换，提高了安全可靠性。 2）精准控制采用自适应控制算法，实时数据采集并学习后获取船舶操纵特性，自动计算最佳指令舵角，有助于减小由波浪等原因引起的无效转舵，提高燃油 经济性。 3）配置丰富采用标准模块式设计，方便用户选型与配置，硬件接口丰富，具备很强的可扩展能力，可根据用户的需求完成使用功能的定制，满足各种高中低 档功能配置要求。 4）操作简单采用多款彩色LED显示屏设计，人机交互简单，航行数据显示直观，可操作性更强。 5）数字接口全数字化设计，内部具有两组互为独立的CAN网络结构，节点增减方便，并且满足IEC61162-1要求。 6）易于维护自动检测并精准定位系统故障，同时提供直观图文操作和故障提示，便于及时操作和故障检修。 3 主要技术参数 1）工作温度 -15°— +55°
2）工作电压 舵机启动单元380V AC 50HZ 操舵台主电源220V AC 50HZ 操舵台应急电源24V DC 3）性能指标 航迹自动操舵 a)控制类别：Category C，所有航迹段均可以执行航迹控制的控制系统 b)航行模式：等航向模式、大圆航行 c)控制精度：3级海况下，航迹偏差小于100米 航向自动操舵 a)控制方法：自适应控制； b)控制精度： 表1 海况偏航角 1～2级≤1.0° 3～4级3±0.5° 5～6级6±1° c)航向设定参数调节精度：0.1°； 随动操舵 a)操舵灵敏度：≤1°（0.5°-1°可调）； b)跟踪精度：≤1°(正舵≤0.5°)； 4系统原理图 DC-6X系列自动操舵仪主要包括船舶航行控制和舵机动力控制两大功能。 船舶航行控制包含航迹、航向、随动、应急等控制功能，发出操舵命令控制船舶舵叶偏转。舵机动力控制部分主要控制舵机液压泵组的启动、停止以及舵机泵组运行报警信息的采集、发送及接收功能。当故障发生时，报警系统向驾驶室、集控室或其它远程报警单元发出报警信息，提示驾驶员及时检查。船舶航行控制和舵机动力控制的结合，共同实现船舶对舵
船舶自动航行系统的现状与发展_刘鹰
船舶自动航行系统的现状与发展 刘 鹰1 谢盛会2 (1.哈尔滨工程大学 哈尔滨 150001; 2.佳木斯行政学院 佳木斯 154002) 摘 要: 介绍了船舶自动航行系统的组成和功能,对国内外自动航行系统的技术水平进行了分析和比较,阐述了系统在功能、软件、人机界面等诸多方面的现状与发展方向。 关键词: 船舶自动航行 组成和功能 现状 发展方向 The Status and Developing Direction of S hip Autopilot System Liu Ying1 Xie Shenghui2 (1.Harbin Engineering University,Harbin,150001;2.Jia musi Administration College,Jiamusi,154002) A bstract: This text presents the constitute and function of the ship autopilot,and make a deep investiga-tion on the technology of ship autopilot system used international,analyze the system's status and developing di-rection on function,software and human interface. Key words: ship autopilot,constitute and function,status,developing direction 0 引 言 近年来,随着全世界航运界和造船业的发展,对船舶航行的安全性及船舶运输效能提出了更高的要求。同时由于电子技术的进步,船舶自动化程度也在不断提高,船舶驾驶愈来愈趋向于一体化、综合化、集成化与全自动化。自动航行系统又称一人驾驶台,它是为了减轻船舶驾驶人员的劳动强度、降低人为的过失及其影响、提高船舶航行的安全性、节能以增加营运的经济效益而发展起来的,自20世纪70年代出现以来,已经发展到第四代。它把在船桥上各种独立安装分别显示的航行主仪器和助航仪器有机地组合在一起,形成一个大的闭环式信息综合、显示、控制系统,可极大地改善导航精度,减轻船舶驾驶人员的劳动强度,提高船舶航行的技术性能、安全性、有效性和经济效益。 自动航行系统现在已经成为全船自动化的一个重要组成部分,它综合地运用了计算机网络技术、滤波技术、最优控制技术、专家系统和高速数据接口技术进行系统集成。它不仅可以进行操舵实现航向的保持和变化控制,还能够实现航迹跟踪、ARPA雷达数据接收和自动避碰操舵。目前绝大多数船东要求采用航行自动化技术,即所谓的一人驾驶。自动航行系统已广泛应用于高级客船、集装箱船和航空母舰,未来的船舶运输将会更加安全、经济、快速。 1 组成和特点 自动航行系统一般由航行监控器(含电子海图与信息显示系统ECDIS)、航行计划工作站、ARPA、自适应自动舵、泊船监视器、主机遥控、导航系统、海图数字化仪及其它设备组成,通过船桥局域网将上述监控器、工作站及各种传感器联结起来,并通过网关将船舶上的其它系统,如船舶营运管理系统、通信系统、货物装卸监控系统及机舱自动化系统联在一起。 自动航行系统的主要特点是: (1)船舶综合信息的集中显示 在驾驶台的终端上,可以用文字、曲线或图像的形式集中显示船舶航行信息、船体运动信息、机舱信息、导航定位信息与航区气象信息等,使驾驶员方便快捷地了解全船动态,并用主要精力去注视航行海域 第24卷 增 刊 2002年 舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIE NCE AND TE CHNOLOGY Vo1.24 Supplement 2002 收稿日期:2001-05-10
船舶电气自动化技术应用及发展趋势
船舶电气自动化技术应用及发展趋势 发表时间：2018-06-25T16:11:18.147Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：刘文 [导读] 摘要：船舶运输业是我国经济发展的重要动力，推动了我国的经济发展，便利了我国的对外发展和交通运输行业的发展，是现在我国经济社会发展中的重要内容。 （广新海事重工股份有限公司广东中山 528437） 摘要：船舶运输业是我国经济发展的重要动力，推动了我国的经济发展，便利了我国的对外发展和交通运输行业的发展，是现在我国经济社会发展中的重要内容。在船舶的发展中，电气自动化技术是应用比较广泛的重要技术，电气自动化技术直接影响着船舶的行驶，我国的船舶发展正在向着电气自动化的方向发展，船舶的应用也发生了很大的变化，效率显著提高。现在我国的船舶电气自动化技术逐渐发展和应用，改变了船舶行驶和使用的基本情况，所以本文就针对船舶电气自动化技术的应用和发展进行研究，促进我国的船舶技术发展和船舶交通行业的发展。 关键词：船舶；电气自动化技术；应用；发展趋势 进入21世纪以来，我国的信息化技术和网络技术不断发展，给社会各个领域的发展都带来了很大影响，改变了我国社会的发展方式，对经济领域的发展产生重要影响，我国的信息化技术和网络技术发展之后，电气自动化技术，在我国社会的很多领域中开始得到应用，极大提高了经济发展的效率。在我国的经济领域中，船舶的发展对经济发展有很大推动力，所以在电气自动化技术广泛应用之后，也需要加强船舶行业的电气自动化技术应用和发展，加强电气自动化技术在船舶行业中的应用，并探究其未来的发展趋势，促进船舶行业的快速发展。 一、船舶自动化的现状 1、GPS技术的应用 现在我国的船舶电气自动化的发展中，GPS定位系统的应用比较普遍，我国的大部分船舶上都安装了GPS全球定位系统，来对船舶进行准确的定位，而且随着近几年我国信息技术的不断发展，GPS全球定位技术也得到了很大的发展和进步，定位的精确度显著提高，现在GPS 全球定位系统已经可以将定位精确到几米的范围之内，在现在的船舶行驶和使用中发挥了重要的作用。现在的GPS全球定位系统应用于船舶中，可以帮助船舶定位，对于船舶的行驶安全和发生意外时的搜救工作有很重要的意义。 2、船舶整体自动化 现代网络技术和信息技术的不断发展，电气自动化技术也不断进步，在船舶行业的发展过程中，将电气自动化技术应用于其中，可以有效提高船舶的整体自动化，将自动化技术应用于船舶的行驶和管理工作，能够实现船舶的自动驾驶和系统的内部自动控制，从而提高船舶的自动化水平，提高船舶的使用效率。 二、电气自动化技术在船舶领域中的应用 1、电力电子技术 在船舶的项目管理工作中，电力电子技术发挥了重要的作用，可以推进船舶的项目管理，尤其是对于船舶的轴带发电和电力推进管理项目，用电力电子技术了，能够推动其管理，从而提高船舶的运行速度和管理质量。在船舶的运行中，轴带发动机是由主轴进行驱动，利用高转速来带动船舶的行驶，将电力电子技术应用于其中，就可以使技术人员对轴带发电机进行集中管理，通过综合考虑主机的运行情况和海面的实际情况，带动轴带发电机的有效运转，从而提高船舶的行驶速度。另外，在船舶的电力传动方面，电力电子技术的应用可以实现交流，传动于直流传动，从而帮助电力传动工作快速进行，实现对船舶的推动。 2、CAN电站测控技术 CAN电站测控技术是将发电机组，检测微机和控制台，作为技术的中心将三者集中于CAN电站测控的总体结构中，构建其自动控制网络体系，借助三样技术来实现整个网络体系的自动控制，另外还可以借助网络和其他部分来建立控制网络，对整体体进行控制和检测，从而发挥出子控制区的参与效果，真正实现对整个网络的自动化控制，从而为船舶的行驶提供更大的助力，加强船舶的控制管理工作。CAN 电站测控技术在船舶中的应用能够通过相关节点的集成来对各个部分进行有效的测量和控制，快速收集相关信息，并进行传输，还能够进行测量，使得操作人员对于整个网络体系和其中的具体信息有更加全面的了解，从而能够在船舶行驶的过程中，及时发现故障，并进行故障的诊断和维修，保证船舶安全运行，另外该技术还可以为船舶的后续建设工作提供保障，帮助建立故障应急预案，提高技术运行效率。 3、可靠性保障技术 现在船舶电气自动化技术的应用中，可靠性保障技术是十分重要的，因为在船舶电气自动化技术应用过程中，想要确保电气自动化技术，在船舶行驶中切实的发挥出应有的作用，就需要为技术提供可靠的保障，提升技术的运行效果，从而提升自动化系统的安全性和可靠性。在船舶电气自动化技术的应用中，可靠性保障技术能够对船舶的运行进行集中管理，对于船舶电气自动化技术也可以有效提升其时效性，并且在行驶的过程中，对于出现的故障，可以进行诊断和分析排查，防止船舶运行中因故障导致航行安全问题，建立起船舶航行的相关控制制度和体系，保证船舶的电气自动化技术在应用的过程中，可以实现精细化管理，提高技术的应用效率，从而保障船舶的电气自动化水平，保证船舶的行驶效率。 三、船舶电气自动化的发展趋势 1、自动化效率提升 在船舶电气自动化技术的应用过程中，电气自动化技术本身也在随着网络技术和信息技术的发展而不断进步，所以随着我国科技的不断发展，船舶的电气自动化效率只会越来越高，在船舶的电气自动化系统构建完善之后，对资源进行了整合，就可以实现船舶运行的自动化效率提高，从而实现整体的技术结构优化。船舶的电气自动化发展趋势是完全随着我国科技的发展形势而变化的，所以在未来网络结构和数字化运行机制的建立，也会给船舶的电气自动化程度产生巨大影响，船舶在运行的过程中，自动化程度会越来越高，人机交互也会越来越便利，在人机交互的过程中，交流见面会更加简化，功能却会越来越多，人们只需要用较少的操作，就能够实现复杂的功能，提升了系统的自动化水平，从而为系统的综合性能优化提供了保障。 2、自动化设备完善 未来船舶电气自动化的水平会越来越高，而相应的自动化设备也会越来越完善，完善的自动化设备是船舶实现电气自动化运行的基
教学操舵仪
操舵仪模拟器 一、概述 该操舵仪模拟器运用现代控制技术，在开发了经典操舵仪手动、随动控制技术。采用先进的单片机技术操作监控界面，达到智能化水平。该操舵仪模拟器是专为船舶驾驶专业学习、训练用的，具备船舶广泛使用的操舵仪的功能，罗盘可模拟实船的转速和回转惯性。 典型操舵仪DD101 以大型散货船操舵仪为参考模型，实用性强。 二、技术指标 a．显示板：电源指示、运行指示； b．随动舵令发送范围±40°； c．舵角指示值±40°； d. 罗经盘360°、精度1°； e. 操舵方式：随动、应急、自动； f．海况选择：平静、中浪、大浪； g．船速调节：：进3、进2、进1、进微速、停、退微速、退1、退2、退3 h．供电源：交流220V ±2％50Hz 80W 三、功能简介 a．应急操舵：搬动操舵开关手柄进行左舵或右舵训练。此时舵角指示器将 显示实际的舵叶方向，如果停止搬动手柄，则舵角指示器将停止在相应的 角度。 b．随动操舵：随动操舵系统是指在操舵者发出操舵指令后，不仅可使舵 叶按指定方向转动，而且可以指定舵叶的转舵角度。在训练时转动随动舵
操舵手轮到某一位置，舵角指示器将同步指示该位置所对应的角度。即此 时舵机将带动舵叶按照一定的速度转到舵角指示器所指示的角度，舵角指 示器将滞后于舵令。 c．自动操舵：自动把定当前航向。 d．船速调节：可模拟船在水中的航行速度。分前进四个档位、停止、后退四个档位。 e．海况调节：可模拟海上天气，分平静、中浪、大浪种状态。 f．航向指示：罗经盘显示船舶的实际航向。通过船速、海况、操舵角度的 选择可使罗经盘相应的转动。 根据教学材料转速公式得出转速如下公式： 转速=海况±（基本值X 船速平方X sin（2 X 操舵角度）） 四、面板介绍 五、使用说明 首先接通总电源开关给系统供电，电源指示灯会亮起。然后启动舵机， 将舵机油泵选择开关打到1#启动或2#启动，相应的指示灯会亮起。之后 将操舵方式选择开关转换到相应的操舵方式上进行操舵。
自动控制实验汇总
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。
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。所谓操纵运动是指驾驶者借助于操纵装置，来改变或保持船的运动状态；而摇荡运动是指在风，浪，流的干扰下产生的往复运动。 自从20世纪20年代机械式自动舵应用于船舶航向控制到现在航向自动舵及其控制算法发展可以划分为四个阶段： （1）第一代机械自动舵：经典控制的自动舵，率先推出自动舵产品的是德国和美国。德国的Aushutz和美国的Sperry分别于1920年和1923年独立研制成了机械式的自动操舵仪，其出现是一个重要里程碑，因为它使人们看到了在船舶操纵方面摆脱体力劳动实动自动控制的希望。机械式自动舵只能进行简单的比例控制，这种自动舵需要采用低增益以避免震荡，只能用于低精度的航向保持。 （2）第二代PID自动舵：20世纪50年代，随着电子学和伺服机构理论的发展与集控制技术和电子器件的发展成果于一体的PID自动舵横空出世，使得航向自动舵的控制精度明显提高。缺陷是对外界变化应变能力差，操舵频繁，幅度大，能耗显著。如对海浪高频干扰，PID控制过于敏感，为避免高频干扰引起的频繁操舵，常采用“死区”非线性来进行天气调节，但死区会导致控制系统的低