【正文】 者會(huì)亂的，我相信我會(huì)做好“向陽(yáng)3”自動(dòng)舵機(jī)控制電路研究的這個(gè)課題。電動(dòng)一機(jī)械舵機(jī)裝置主要分為扇形齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)。他所占面積較小，適用于船艦較狹長(zhǎng)的船舶。缺點(diǎn)是舵桿尺寸大，傳動(dòng)效率低。扇形齒輪傳動(dòng)方式應(yīng)用最為廣泛，效率高，但占地面積大。為了預(yù)防波浪對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沖擊產(chǎn)生作用力，扇形齒輪空套在舵桿上，通過(guò)緩沖彈簧與舵桿相連。此外，還設(shè)有人力操舵手輪等應(yīng)急裝置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)不能工作時(shí)，直接帶動(dòng)扇形齒輪和舵柄來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉。他們也是有一些共同的特點(diǎn)的，例如：都是應(yīng)用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)高的減速比把電動(dòng)機(jī)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)直接送到舵柱的低速偏轉(zhuǎn)。電動(dòng)一液壓舵機(jī)裝置其中有雙向變量油泵，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)要是恒速的，提供的高壓油還要可逆流向，它與同樣的起貨機(jī)的傳動(dòng)裝置是非常類(lèi)似的，不過(guò)起貨機(jī)卷筒的油馬達(dá)是能夠連續(xù)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而轉(zhuǎn)舵的液壓油缸設(shè)備只能夠左、右來(lái)移動(dòng)的，舵柄鉸鏈的撞桿兩頭要分別放入左右高壓油缸內(nèi)，油缸都要與油泵進(jìn)行相連，當(dāng)兩個(gè)油泵分別注入高壓油和低壓油時(shí)，然后促使撞桿(與活塞運(yùn)動(dòng)想像)向低壓端移動(dòng)，相應(yīng)的舵柄、舵柱和舵葉就要有一定的偏轉(zhuǎn)。電動(dòng)一液壓舵機(jī)裝置普遍都是應(yīng)用在遠(yuǎn)洋的船舶上。(1)要有兩路供電，可從主配電板分別由兩弦向舵機(jī)裝置設(shè)供電線路，亦叫以從主配電板與應(yīng)急配電板分別向其供電。 (3)舵機(jī)電動(dòng)機(jī)及控制設(shè)備以設(shè)置兩套為宜，其中一套備用。船舶維持在穩(wěn)定的直線航行(定向航行)時(shí)，舵葉經(jīng)常以小角度偏轉(zhuǎn)，約為4口~6。此時(shí)舵機(jī)工作十分頻繁，每小時(shí)接通次數(shù)高達(dá)400600次。20186。堵轉(zhuǎn)消除后，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能自動(dòng)回到原機(jī)械特性上工作當(dāng)船舶以最大航速前進(jìn)時(shí)，舵葉從左滿(mǎn)舵(或相反)所需時(shí)間應(yīng)不超過(guò)28秒。如在長(zhǎng)江上游灘多水急的航道內(nèi)，轉(zhuǎn)舵時(shí)間要求為1218秒。在偏轉(zhuǎn)小角度時(shí)用低速，在轉(zhuǎn)舵時(shí)用高速。(一般為最高航速的一半)，舵機(jī)應(yīng)能使舵自一弦滿(mǎn)舵轉(zhuǎn)至另一弦滿(mǎn)舵，轉(zhuǎn)舵時(shí)間不加限制。，可設(shè)置過(guò)載聲光報(bào)警裝置。在液壓舵機(jī)的電力拖動(dòng)中如果設(shè)有過(guò)電流保護(hù)裝置，則該裝置的動(dòng)作整定值調(diào)整在不小于200%額定電流，且允許通過(guò)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。但是他有很多缺點(diǎn)，例如：反應(yīng)慢、質(zhì)量差，因此使用的也是很少的，只在個(gè)別的船上有過(guò)使用。2. 機(jī)電式自動(dòng)操舵儀機(jī)電式自動(dòng)操舵儀 　自動(dòng)操舵儀使用的是PID控制器，這種控制器是比例積分微分控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)，它的偏航信號(hào)是通過(guò)電子線路來(lái)進(jìn)行處理分析的，從而實(shí)現(xiàn)操舵。②與偏航角對(duì)時(shí)間的積分成比例的信號(hào)，來(lái)消除不對(duì)稱(chēng)偏航這種情況，簡(jiǎn)稱(chēng)它為壓舵，他是按照風(fēng)浪的實(shí)際情況來(lái)情況調(diào)整的。 PID控制器研發(fā)的成功使操舵性能有了很大爭(zhēng)強(qiáng)，PID控制器的出現(xiàn)滿(mǎn)足了諸多船舶的要求。要是為了保持自動(dòng)操舵儀的良好性能，就是考驗(yàn)駕駛員的判斷是否正確了，這樣操舵儀的諸多控制參數(shù)就需要人為來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。②為了船舶能夠一直正確的航行，他又對(duì)偏舵信號(hào)很是敏感，這樣操舵頻率快、幅度擺動(dòng)的還大，進(jìn)而導(dǎo)致舵的磨損和能源消耗過(guò)大，水的阻力也伴隨著變大，進(jìn)而航行速度慢，經(jīng)濟(jì)效率降低。它是在機(jī)電式自動(dòng)操舵儀的基礎(chǔ)上，把自適應(yīng)操舵程序的模塊鑲?cè)肫渲卸傻?。所以自適應(yīng)操舵儀比機(jī)電式自動(dòng)操舵儀更加完美，不僅能減少人力、提高安全性還能節(jié)約能源，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益也就能夠隨之提高。采用自適應(yīng)自動(dòng)操舵儀時(shí)，雖然控制參數(shù)可以自動(dòng)守到調(diào)節(jié)、性能也得到了很大的提高。但是它也有一些缺點(diǎn)的：她也有非線性環(huán)節(jié)例如死去、舵機(jī)速率等，不穩(wěn)定容易收到影響，航速、裝載、吃水也會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性，然而在設(shè)計(jì)建模時(shí)就會(huì)有很大的不確定性，控制效果難以保證，最壞的時(shí)候都能夠影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)在為止研發(fā)出的智能控制的方法有三種： （1）專(zhuān)家級(jí)智能系統(tǒng)；（2）模擬邏輯控制器；（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。單動(dòng)操舵：?jiǎn)蝿?dòng)操舵就是通過(guò)按鈕或手柄進(jìn)行的應(yīng)急操舵。圖1單動(dòng)操舵方框圖隨動(dòng)操舵：隨動(dòng)操舵的方法是船舶左偏航操右舵，舵輪操右舵多少度，舵葉就右偏，并停在多少度，為減少S型航跡的振幅，船舶在回正航向過(guò)程中，必須操回舵。第三階段 船舶偏航角達(dá)到基本一角度后，在偏舵角的作用下，停止偏航，此偏航角為最大偏航角。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓環(huán)趕上滾動(dòng)觸頭，使他處于絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉所處的偏舵角也為最大。第五階段 船舶回到給定航向上，圓環(huán)又追上滾動(dòng)觸頭，使觸頭再次位于絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉也回到脆艦線上。圖3自動(dòng)操舵方框圖 向陽(yáng)3自動(dòng)操舵儀綜述“向陽(yáng)3”型自動(dòng)操舵儀與“航海1”型電羅經(jīng)配套使用，具有自動(dòng)、跟蹤和應(yīng)急三種操舵方式。這種自動(dòng)操舵系統(tǒng)的輸出是兩個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)量，以此控制液壓舵機(jī)伺服油泵的兩個(gè)電磁閥按開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并由伺服油泵的柱塞拉動(dòng)變量泵的滑環(huán)，向液壓舵機(jī)油泵供油，使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。向陽(yáng)3型自動(dòng)操舵儀的自動(dòng)操舵靈敏度為177。；在使用自動(dòng)操舵時(shí)，若船舶偏航角大于177。系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)警。1186。～；跟蹤操舵的準(zhǔn)確度，即偏航角跟隨指令航角的誤差不大于1186。電羅經(jīng)是利用陀螺儀的定軸性和進(jìn)動(dòng)性，與地球的自轉(zhuǎn)和重力矢量相結(jié)合，真北基準(zhǔn)儀器是由控制設(shè)備和阻尼設(shè)備組合成的。當(dāng)有外力干擾到旋轉(zhuǎn)的陀螺時(shí)，然后軸線的指向按照一定的規(guī)律連續(xù)的變化，這就叫作陀螺的進(jìn)動(dòng)性。電羅經(jīng)能夠自動(dòng)、不間斷的為船舶的航行方向提供正確的信號(hào)，它被稱(chēng)為船舶的眼睛。與給定航向K186。因此需要一個(gè)給定航向與實(shí)際航向的比較環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)這個(gè)比較環(huán)節(jié)就是偏航信號(hào)發(fā)送器，而且通過(guò)他將偏航角φ變換成幅值與之成正比例的正弦電壓信號(hào)。圖2偏航信號(hào)發(fā)送器原理電路自整角機(jī)ZF1的激磁繞組R1—R2接到單相交流電源上，ZF2的激磁繞組R1—R2不能接電源，而作為信號(hào)輸出用。（航向）刻度盤(pán)h。但旋轉(zhuǎn)“航向給定”鈕可以使之轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸指針也裝有60186。由于ZF2與ZF1的轉(zhuǎn)子位置已經(jīng)相差90186。與給定航向K186。不等于K186。K186。)之內(nèi)，則輸出信號(hào)電壓的幅值與偏航角成正比，則既有Uzf（φ）=Umφ，輸出信號(hào)的相位取決于偏航的方向，當(dāng)兩臺(tái)自整機(jī)相連接的整步繞組在空間處于相同位置時(shí)即，Um為φ=90186。Uzf的數(shù)量和相位關(guān)系如圖3所示。與實(shí)際航向α186。圖3 Uzf的大小和相位與偏航角的大小和方向的關(guān)系 跟蹤操舵信號(hào)發(fā)送器和舵角反饋信號(hào)發(fā)送器 它們均使用自整角機(jī)變壓器將指令舵角θ或舵葉偏轉(zhuǎn)角β變換為幅值與之成止比例的正弦電壓信號(hào)。如果激磁繞組的軸線與整步繞組S1—S2的軸線重合則S1—S2間的輸出信號(hào)電壓為零如圖4 (a)所示，因?yàn)檫@一情況卜的Us2=Us3, 3為零。與Φ的夾角是（60186。+θ）Us3=Umcos（60186。）以?xún)?nèi)，U2 3≈√3Umsinθ，可見(jiàn)使用自整角機(jī)變壓器能夠把指令舵角θ或舵葉偏轉(zhuǎn)角β變換為幅值與之成正比例的正弦信號(hào)電壓，其相位則取決于操舵手輪或舵葉偏轉(zhuǎn)的方向。自整角機(jī)還可用以實(shí)現(xiàn)角度信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸、變換、接收和指示。電機(jī)的這種性能稱(chēng)為自整步特性。圖4 跟蹤操舵信號(hào)發(fā)送器 相敏整流電路 向陽(yáng)3的相敏整流“向陽(yáng)3”自動(dòng)操舵儀具有兩組相敏整流電路，一組供給偏航輸出信號(hào)（由船舶偏航角φ或指令舵角θ變換來(lái)的交流信號(hào)電壓Uzf或Ugf）作用相敏整流用，另一組供給舵角反饋信號(hào)（由偏舵角β變換來(lái)的交流信號(hào)電壓Ufq）作用敏整流用，兩組電路的工作原理完全一樣。在電阻R3,4,5,6阻值相同(以r表示)，二極管D3,4,5,6特性相同，R1 1=R1 2(以R表示)，1B副繞組的6點(diǎn)為準(zhǔn)確中心抽頭，即6點(diǎn)上、下兩半電壓的有效值相等的條件下，相敏整流電路的輸出與輸入關(guān)系如下當(dāng)輸入交流信號(hào)Us為零時(shí)，輸出的直流電壓也為零；，輸出的直流電壓具有相應(yīng)的極性，輸出的大小隨輸入大小而改變；當(dāng)輸入交流信號(hào)電壓的相位改變180186。圖5 相敏整流電路如果以偏航信號(hào)發(fā)送器的輸出信號(hào)作為相敏整流電路的輸入信號(hào)，在偏航角的范圍內(nèi)，相敏電路的輸出直流電壓的大小與偏航角成正比，相敏電路輸出的直流電壓的極性決定于偏航方向。下面分析相敏整流電路輸出與輸入的關(guān)系。正半周等效電路圖如圖5(b)所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ回路和節(jié)點(diǎn)8可列出如下方程所示出的是相敏電路工作D3} DE截止，各支路電流ut+us r if （R12+Rf）i1R4=0Uti2R5+i3R11Us r=0if(R12+Rf) –i3R11=0i1=if+i3+i2設(shè)R3,4,5,6相等，以r表示R1 1=R1 2,以R表示，解此方程可得直流輸出電壓Us c為 Us c=ifRf=Usr在負(fù)半周工作時(shí)，只要將Ut，Us r極性反過(guò)來(lái)，D3，D6導(dǎo)通，D4.，D5截止，同樣可得到上式結(jié)果。如過(guò)us r用有效值Us r表示Us r用平均值`Us c表示，, 則有`Us c=Us r從以上兩式可以看出，相敏電路的輸出電壓與解調(diào)壓器Ut無(wú)關(guān)，解調(diào)電壓僅起使二極管導(dǎo)通或截止的作用，從而實(shí)現(xiàn)相敏整流。如果船舶向左偏離正航向，偏航信號(hào)發(fā)送器的輸出電壓(就是相敏整流電路的輸入電壓)Us r與調(diào)制解調(diào)器電壓Ut同相位，相敏整流電路輸出的直流電壓Us c為正，其波形如圖6(b)所示，那么當(dāng)船舶向右偏航時(shí)，Us r與Ut就反向180186。圖6相敏整流輸入輸出波形 “向陽(yáng)3”中的運(yùn)算放大器