提高随动操舵控制精度的方法探讨

2013-03-20范邹

船电技术 2013年3期

范邹

（海军驻九江地区军事代表室，江西九江 332007）

0 引言

水面舰船的舵装置控制系统中的常用的伺服机构是采用比例阀或伺服阀，这种伺服机构的优点是：操舵精度高及噪声小，却存在对油液要求高，容易卡舵，可靠性差的不足。而电磁球阀型伺服机构虽然操舵时噪声相对于比例控制伺服机构较大，且操舵精度较低，但结构简单，可靠性高，对油液的要求较低，仍然被广泛的应用于水面舰船的操舵系统中。

常规自动操舵仪采用电磁球阀型伺服机构控制400 kN.m、630 kN.m液压舵机，在单机组工况下（转舵速度大于 2.3°/s），随动操舵灵敏度及舵角跟随误差均小于0.5°舵角。在双机组及隔离旁通工况下（转舵速度大于 4.7°/s），随动操舵灵敏度，一般在 0.7°～0.9°舵角，随动操舵舵角跟随精度在0.8°舵角左右，虽然精度能满足现有国军标和其它相关标准的要求，也能满足一般情况下的操纵控制要求，但是在补给等要求操舵精度较高的特殊操纵情况下[1]，不能满足要求。一种新的控制方法控制电磁球阀伺服机构，既保留了这种伺服机构结构简单，可靠性高，对油液的要求低的优点，又提高了随动操纵控制的精度，满足特殊操纵情况下的使用要求。

1 主要技术指标

H型舵机非隔离旁通工况及转叶式舵机技术指标：

1）随动操舵灵敏度：不大于0.8°舵角；

2）舵角跟随精度：不大于1.0°舵角。

2 工作原理

2.1 比例控制伺服机构的工作原理

操舵仪的舵控制器接收到的指令舵角信号δc与反馈机构的舵角反馈信号δf进行比较，输出舵角差信号△δ，这个信号与变量泵斜盘转角反馈进行综合，经放大及功率放大输出控制比例阀的比例电磁铁，用于控制变量泵的流量，进而控制舵机的转舵速度。比例控制原理框图见图 1，控制模型如下：

变量泵斜盘转角控制：

控制比例阀的比例电磁铁电流：

其中：αc—变量泵斜盘指令转角,δc—指令舵角,δf—反馈舵角,αf—变量泵斜盘反馈转角。当变量泵斜盘指令转角与变量泵斜盘反馈转角相等时，舵机按要求的速度转动。当指令舵角与实际舵角相等时，斜盘为零，变量泵不排油，舵叶停止转动。

2.2 电磁球阀伺服机构提高操舵精度的工作原理

当舵机工作在双机组工况下，舵机转舵速度在 4.7～5.6°/s范围内。电磁球阀工作在开关状态，工作时流量不可调节，转舵速度也不能调节，由于液压泵、阀件存在一定的时间常数，停舵时，控制信号虽然已经关断，但舵机需等待一定的时间后才停止运动，由于转舵速度大，因而冲舵量大，由此造成操舵精度不能满足特殊操纵情况下的使用要求。

自动操舵仪控制电磁球阀伺服机构提高操舵精度的工作原理（见图2），当舵机的转舵速度不大于2.7°/s时，操舵灵敏度和舵角跟随精度均能满足要求[2]。

3 电磁球阀伺服机构提高操舵精度的实用方案

实用方案见图 3，双机组工况，指令舵角信号δc与舵角反馈机构输出的舵角反馈信号δf输入运算放大器 F求和，输出△δ=δc-δf给舵机速度调节电路Ⅰ和舵机控制电路Ⅱ。舵机速度调节电路接收到△δ=δc-δf信号进行运算，当∣△δ∣小于给定值，开关k断开，切断图示左机组电磁球阀，只有右机组工作，舵机速度与单机组相同，当∣△δ∣大于给定值，左右机组电磁球阀同时工作，此时的速度为双机组速度。

图2 电磁球阀伺服机构提高操舵精度的原理

舵机在特殊工况下的操纵控制：一般的舵机都有四个油缸组成，二个一组，每一组可单独工作，也可同时工作。因此，当一个或一组油缸故障，漏油等情况时，自动将有故障的一组油缸隔离，或在紧急情况下，手动（电动）将一组油缸隔离，也就是一组油缸停止工作，在这种情况下，在单机组工况下工作，舵机的运动速度将提高一倍，达到了正常工况下的双机组运动速度，这种情况一般称之为隔离旁通。在这种情况下仍用图3方案进行控制，在随动时舵角控制将产生震荡，因而就必须降低操舵灵敏度和跟随精度来满足舵机特殊工况下的操纵要求。