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1、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
2、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
3、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NAUTOCONTROL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
4、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，随后又在该校的万吨实习船“
5、育红”轮上进行了实船海上实验。试验结果表明，该自适应舵比PID舵具有更好的控制效果。 近年来，国内的学者对自适应控制的研究也相当活跃，他们在相关的学术刊物上发表了许多研制成果。自适应模糊控制、专家控制、基于神经网络的自适应控制也取得很大进展。国内外的研究动态均表明今后的自适应技术将朝着智能化的方向发展。二系统功能 自动舵控制系统实现实时综合数据船桥系统功能。此系统是一种航行、控制、通讯和监控综合系统,用先进的船舶运动理论、WINDOWS软件和多种传感器硬件,整个系统由工业标准(以太网)局域网LAN把各子系统连在一起,
6、将航行和控制系统与决策支持系统结合,包括海洋环境预报、卫星通讯、自动航行和航迹保持等功能。整个系统采用模块化结构,扩展灵活,可以根据用户要求,选配航向或航迹控制模块,还可选配气象站、气象航行计划和航行优化等模块。以满足用户的不同需求。系统采用开放式结构,硬件和软件均可升级。系统全部菜单化人界面,采用游戏杆或跟踪球等进行操作。采用双罗经、双计算机控制系统配置以提高可靠性和安全性自动舵有智能、自适应和PID等多种控制模式,有自动、手动、非跟踪和遥控舵等多种工作模式。航迹舵包括航行计划、定位和航向保持等功能模块,有狭窄水域和
7、宽阔水域两种航行模式。航行计划模块通过设置转向点编辑航线,有恒向线航行、大圆航行和混合大圆航行3种方式;定位模块用GPS实时确定船舶实际位置;航向保持模块自动决定最优船首向在转向点处自动改变航向,保持船舶航行。与“航向舵”相比,航迹舵可以实现更精确,更经济的航迹控制。航迹舵有直接和间接两种控制模式。间接控制的航迹舵根据航迹偏差信号、速度信号和实际航向信号计算出最佳航向,作为航向舵的设置航向,通过操舵使船舶沿预定航线航行;直接控制的航迹舵根据船舶本身的数学模型,计算并控制所需的舵运动,使船舶自动沿着输入的航迹航行。雷达舵
8、把雷达的显示功能和航迹舵的控制功能集中在一个控制台上进行航行计划、航迹控制和避碰操作,雷达管理系统采用高分辨率大屏幕彩色显示器,触摸式屏幕或跟踪球操作。速度舵通过与主机自动化系统的接口控制船舶的速度,保证在输入的计划到达时间内到达,同时优化燃料消耗。配备电子海图显示和信息系统(简称ECDIS)。ECDIS最重要的特点是面向对象的结
