CN105129065B - 基于电动舵轮的自动舵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电动舵轮的自动舵系统，包括舵轮驱动器、液压转向器、液压舵机、舵角反馈器、艏向传感器、自动舵主控盒和电机控制器，舵轮驱动器的一端与舵轮机械连接，舵轮驱动器的另一端与液压转向器机械连接，液压转向器分别经管路与液压站和液压舵机相连，舵角反馈器与液压舵机机械连接，艏向传感器安装在船体纵长线，自动舵主控盒分别与艏向传感器和舵角反馈器电气连接，电机控制器分别与自动舵主控盒和舵轮驱动器电气连接；舵角反馈器用于检测实际舵角，并将检测到的实际舵角实时反馈给自动舵主控盒；本发明公开的基于电动舵轮的自动舵系统具有可控性好、易于实现、可靠性高、适用性广的特点，可应用于不同船舶。

Description

基于电动舵轮的自动舵系统

技术领域

本发明涉及一种基于电动舵轮的自动舵系统，属于船舶操舵控制系统技术领域。

背景技术

在船舶操舵系统中，为了实现船舶的自动转向，会配备自动操舵控制系统。自动操舵控制系统可以调节液压系统中的电磁阀，比对实际航向和设定航向，计算出航向偏差，再根据当前舵角以及船舶状态，输出电磁阀控制指令，改变流向液压舵机的流量，从而改变船舶航向。但电磁阀在频繁的动作过程中容易发生过热、堵塞等问题，引起液压舵机控制失效。

为了提高系统的可靠性，专利号为ZL200810106188.2的中国发明专利“自动操舵仪”，提出采用双液压系统、双CAN网络的架构，通过系统冗余的方法提高系统可靠性，但存在系统复杂度和成本增加较多的问题。

授权公告号为CN103057686A（申请号为201210577072.3）的中国发明专利“一种电传操舵系统”，采用双电机架构，将一个电机与舵盘连接，用于转向力和舵角反馈，另一个电机与液压转向器连接，带动液压转向器旋转。该系统中舵盘与液压转向器的机械连接是断开的，若发生电气故障，将无法操作舵盘进行应急转向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种可控性好、易于实现、可靠性高且适用于不同船舶的基于电动舵轮的自动舵系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于电动舵轮的自动舵系统，包括舵轮驱动器、液压转向器、液压舵机、舵角反馈器、艏向传感器、自动舵主控盒和电机控制器，所述的舵轮驱动器的一端与舵轮机械连接，所述的舵轮驱动器的另一端与所述的液压转向器机械连接，所述的液压转向器分别经管路与液压站和所述的液压舵机相连，所述的舵角反馈器与所述的液压舵机机械连接，所述的艏向传感器安装在船体纵长线，所述的自动舵主控盒分别与所述的艏向传感器和所述的舵角反馈器电气连接，所述的电机控制器分别与所述的自动舵主控盒和所述的舵轮驱动器电气连接；舵角反馈器用于检测实际舵角，并将检测到的实际舵角实时反馈给自动舵主控盒；艏向传感器用于检测船舶实际航向，并将检测到的船舶实际艏向角实时发送给自动舵主控盒；自动舵主控盒用于根据接收到的实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器输出主控信号；电机控制器用于将接收到的主控信号转换成舵轮驱动器所需的控制信号，进而控制舵轮驱动器的通断，由舵轮驱动器对液压转向器进行闭环控制：当舵轮驱动器与液压转向器接合时，即为自动操舵模式，舵轮驱动器旋转并带动液压转向器旋转；当舵轮驱动器与液压转向器断开时，即为手动操舵模式，舵轮旋转并带动液压转向器旋转。

本发明的基于电动舵轮的自动舵系统，区别于现有的电磁阀型自动舵，本发明自动舵系统的自动舵主控盒能够根据实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器输出主控信号，最终通过舵轮驱动器对液压转向器进行闭环控制，具有可控性好、易于实现、可靠性高、适用性广的特点，可应用于不同船舶。

作为优选，所述的自动舵主控盒包括控制单元，所述的控制单元用于根据当前实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器输出主控信号。

作为优选，所述的舵轮驱动器包括直流无刷减速电机和电磁离合器，所述的电机控制器根据所述的电磁离合器的状态需求控制舵轮驱动器的通断，所述的舵轮驱动器根据设定的目标转速值及所述的直流无刷减速电机反馈的霍尔信号对所述的直流无刷减速电机进行闭环调速。在需要较大舵角时，直流无刷减速电机转速较高，以实现快速转舵；在接近目标舵角时，直流无刷减速电机转速降低，以提高控制精度。

作为优选，所述的电磁离合器与所述的自动舵主控盒电气连接，所述的电磁离合器与所述的自动舵主控盒之间设置有紧急断电开关。根据“故障安全” 设计原则，在紧急情况下，可以通过紧急断电开关直接断开电磁离合器，从而切换到手动操舵模式。因此，在船舶行驶过程中，即使电路部分发生故障甚至断电，系统关闭后仍不影响正常操舵，具有较高的可靠性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的基于电动舵轮的自动舵系统，区别于现有的电磁阀型自动舵，本发明自动舵系统的自动舵主控盒能够根据实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器输出主控信号，最终通过舵轮驱动器对液压转向器进行闭环控制，具有可控性好、易于实现、可靠性高、适用性广的特点，可应用于不同船舶。

附图说明

图1为本发明的基于电动舵轮的自动舵系统的结构示意图；

图2为本发明的基于电动舵轮的自动舵系统的控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的基于电动舵轮的自动舵系统，如图所示，包括舵轮驱动器3、液压转向器2、液压舵机1、舵角反馈器9、艏向传感器7、自动舵主控盒6和电机控制器5，舵轮驱动器3的一端与舵轮4机械连接，舵轮驱动器3的另一端与液压转向器2机械连接，液压转向器2分别经管路与液压站8和液压舵机1相连，舵角反馈器9与液压舵机1机械连接，艏向传感器7安装在船体纵长线，自动舵主控盒6分别与艏向传感器7和舵角反馈器9电气连接（即信号连接），电机控制器5分别与自动舵主控盒6和舵轮驱动器3电气连接；舵角反馈器9用于检测实际舵角，并将检测到的实际舵角实时反馈给自动舵主控盒6；艏向传感器7用于检测船舶实际航向，并将检测到的船舶实际艏向角实时发送给自动舵主控盒6；自动舵主控盒6用于根据接收到的实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器5输出主控信号；电机控制器5用于将接收到的主控信号转换成舵轮驱动器3所需的控制信号，进而控制舵轮驱动器3的通断，由舵轮驱动器3对液压转向器2进行闭环控制：当舵轮驱动器3与液压转向器2接合时，即为自动操舵模式，舵轮驱动器3旋转并带动液压转向器2旋转；当舵轮驱动器3与液压转向器2断开时，即为手动操舵模式，舵轮4旋转并带动液压转向器2旋转。

实施例2的基于电动舵轮的自动舵系统，如图所示，包括舵轮驱动器3、液压转向器2、液压舵机1、舵角反馈器9、艏向传感器7、自动舵主控盒6和电机控制器5，舵轮驱动器3的一端与舵轮4机械连接，舵轮驱动器3的另一端与液压转向器2机械连接，液压转向器2分别经管路与液压站8和液压舵机1相连，舵角反馈器9与液压舵机1机械连接，艏向传感器7安装在船体纵长线，自动舵主控盒6分别与艏向传感器7和舵角反馈器9电气连接，电机控制器5分别与自动舵主控盒6和舵轮驱动器3电气连接；舵角反馈器9用于检测实际舵角，并将检测到的实际舵角实时反馈给自动舵主控盒6；艏向传感器7用于检测船舶实际航向，并将检测到的船舶实际艏向角实时发送给自动舵主控盒6；自动舵主控盒6用于根据接收到的实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器5输出主控信号；电机控制器5用于将接收到的主控信号转换成舵轮驱动器3所需的控制信号，进而控制舵轮驱动器3的通断，由舵轮驱动器3对液压转向器2进行闭环控制：当舵轮驱动器3与液压转向器2接合时，即为自动操舵模式，舵轮驱动器3旋转并带动液压转向器2旋转；当舵轮驱动器3与液压转向器2断开时，即为手动操舵模式，舵轮4旋转并带动液压转向器2旋转。

实施例2中，自动舵主控盒6包括控制单元（图中未示出），控制单元用于根据当前实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器5输出主控信号。

实施例2中，舵轮驱动器3包括直流无刷减速电机（图中未示出）和电磁离合器（图中未示出），电机控制器根据电磁离合器的状态需求控制舵轮驱动器3的通断，舵轮驱动器3根据设定的目标转速值及直流无刷减速电机反馈的霍尔信号对直流无刷减速电机进行闭环调速。

实施例2中，电磁离合器与自动舵主控盒6电气连接，电磁离合器与自动舵主控盒6之间设置有紧急断电开关（图中未示出）。在紧急情况下，可以通过紧急断电开关直接断开电磁离合器，从而切换到手动操舵模式。

以上实施例的基于电动舵轮的自动舵系统的工作过程如下：船舶行驶过程时，液压站8输出的高压油经过液压转向器2流入液压舵机1，带动舵叶转动，从而改变船舶航向。舵角反馈器9与液压舵机1固机械连接，实时检测实际舵角大小，并将该角度值实时反馈给自动舵主控盒6，与此同时，安装在船体纵长线上的艏向传感器7，检测船舶实际航向，并将检测到的船舶实际艏向角实时发送给自动舵主控盒6。自动舵主控盒6是自动舵系统的核心，接收来自舵角反馈器9和艏向传感器7的信号，将其显示在液晶屏上，同时根据设置的海况参数和船舶参数，以及目标航向值，向电机控制器5输出主控信号；电机控制器5将接收到的主控信号转换成舵轮驱动器3所需的控制信号，进而控制舵轮驱动器3的通断，由舵轮驱动器3对液压转向器2进行闭环控制：在手动操舵模式下，舵轮驱动器3与液压转向器2断开，舵轮4旋转并带动液压转向器2旋转；在自动操舵模式下，舵轮驱动器3与液压转向器2接合，舵轮驱动器3旋转并带动液压转向器2旋转。

Claims (4)

1.基于电动舵轮的自动舵系统，其特征在于包括舵轮驱动器、液压转向器、液压舵机、舵角反馈器、艏向传感器、自动舵主控盒和电机控制器，所述的舵轮驱动器的一端与舵轮机械连接，所述的舵轮驱动器的另一端与所述的液压转向器机械连接，所述的液压转向器分别经管路与液压站和所述的液压舵机相连，所述的舵角反馈器与所述的液压舵机机械连接，所述的艏向传感器安装在船体纵长线，所述的自动舵主控盒分别与所述的艏向传感器和所述的舵角反馈器电气连接，所述的电机控制器分别与所述的自动舵主控盒和所述的舵轮驱动器电气连接；舵角反馈器用于检测实际舵角，并将检测到的实际舵角实时反馈给自动舵主控盒；艏向传感器用于检测船舶实际航向，并将检测到的船舶实际艏向角实时发送给自动舵主控盒；自动舵主控盒用于根据接收到的实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器输出主控信号；电机控制器用于将接收到的主控信号转换成舵轮驱动器所需的控制信号，进而控制舵轮驱动器的通断，由舵轮驱动器对液压转向器进行闭环控制：当舵轮驱动器与液压转向器接合时，即为自动操舵模式，舵轮驱动器旋转并带动液压转向器旋转；当舵轮驱动器与液压转向器断开时，即为手动操舵模式，舵轮旋转并带动液压转向器旋转。

2.根据权利要求1所述的基于电动舵轮的自动舵系统，其特征在于所述的自动舵主控盒包括控制单元，所述的控制单元用于根据当前实际舵角和船舶实际艏向角，向电机控制器输出主控信号。

3.根据权利要求1或2所述的基于电动舵轮的自动舵系统，其特征在于所述的舵轮驱动器包括直流无刷减速电机和电磁离合器，所述的电机控制器根据所述的电磁离合器的状态需求控制舵轮驱动器的通断，所述的舵轮驱动器根据设定的目标转速值及所述的直流无刷减速电机反馈的霍尔信号对所述的直流无刷减速电机进行闭环调速。

4.根据权利要求3所述的基于电动舵轮的自动舵系统，其特征在于所述的电磁离合器与所述的自动舵主控盒电气连接，所述的电磁离合器与所述的自动舵主控盒之间设置有紧急断电开关。