航向_航迹自动操舵仪船舵控制系统的研制_周永余

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1、航向_航迹自动操舵仪船舵控制系统的研制_周永余第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：ADesignandRea

2、lizationofRudderControlSystemforShip’sCourseandTrackAutopilotZHOUYong-yu,CHENGYong-bing,ZHOUGang,LIWen-kui(DepartmentofNavigationEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033,China)Abstract:Thedesignprojectandrealizationapproachtosimulateshipandruddercontrolsystemof————————————————

3、———————————————————————————————course,trackautopilotinrealnavigationenvironmentareintroducedwhichcombinedigitalsimulationwithphysicalsimulation.Itssoftwaredesignsarealsogiven.Thesystemcanguaranteeforaccomplishingnavigationtasksafelyandsuccessfully.Keywords:autopilot;gyrocompasscourse;anal

4、ogcourse;analogrudder;analogtrace.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

5、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

6、授，从事舰船导航和组合导航的教学、科研工作。48中国惯性技术学报2005年6月整控制参数、检验自动舵控制性能，必须出海在实船上进行，這样需要耗费巨大的人力、物力和财力，代价非常大、效率很低，严重地影响调试任务的完成。因此研究能逼真地模拟自动操舵仪的舵机动态舵角的变化与舵角控制下的船舶航向、航迹变化的船—舵控制系统已成为急需解决的课题。要建立一套能适合陆地使用的航迹、航向自动操舵仪的调试环境，主要解决两个关键问题：一是要建立从自动操舵仪输出到反馈信号形成过程的一整套数学模型，如电磁阀、电磁球阀、电液伺服阀、轴向变量泵等的运动模型、舵角—航向运动模型、船位运动模型、风流及海浪

7、干扰模型等，还要考虑船舶的吨位、吃水、航行速度等因数。建模工作涉及面多、工作量大、计算复杂。二是要解决各环节的动态运动的模拟方法，尤其是最终反馈到自动操舵仪内部的舵角、航向和位置信号的具体物理实现。1航向、航迹自动操舵仪实船环境控制系统的基本方案和主要数学模型1.1基本方案———————————————————————————————————————————————当自动操舵仪工作时，通过负反馈的控制方式，不断把陀螺罗经送来的船舶的实际航向与设定的航向值比较，将其差值放大后作为控制信号来控制舵机的转舵，使船舶能自动地保持或改变