CN203581375U - 一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置 - Google Patents

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范张林
黄文斌
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Abstract

一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置，包括舵机速度调节电路Ⅰ、舵机控制电路Ⅱ、驱动液压舵机电磁阀以及舵角反馈机构，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，运算放大器F输出连接舵机速度调节电路Ⅰ和舵机控制电路Ⅱ，所述舵机速度调节电路Ⅰ输出并联舵机控制电路Ⅱ输出端并经开关k连接驱动液压舵机左机组电磁阀，所述舵机控制电路Ⅱ另一路输出端连接驱动液压舵机右机组电磁阀。具有可靠性高、对油液的要求较低、不容易产生游舵的特点，且操舵噪声小、速度可控制，提高了随动控制精度。

Description

一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置，用于船舶自动操舵仪驱动液压舵机电磁阀的电路中，特别是一种电磁阀控制的中大型液压舵机如900kN.m以下的转叶式舵机双机组工况下的电磁阀控液压舵机分级式控制装置。
背景技术
目前水面船舶液压舵机控制系统中的伺服机构大部分采用的是电磁阀型伺服机构，其余采用的是比例阀或伺服阀，如日本的川崎舵机。电磁阀型伺服机构的优点是：结构简单，可靠性高，对油液的要求较低。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，但仍然被广泛的应用于水面船舶的操舵系统中。
自动操舵仪采用电磁阀型伺服机构控制400kN.m、630kN.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），随动操舵灵敏度指标一般在0.7°～0.9°舵角，随动操舵跟随精度在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，但在补给等要求操舵精度较高的特殊操纵情况下，就不能满足要求。特别是对于转舵力矩大于630kN.m的中大型液压舵机，如900kN.m的转叶式舵机，由于双机组工况冲舵量更大，其随动操纵控制精度将会进一步降低。
实用新型内容
本实用新型其目的就在于提供一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置，解决了中大型液压舵机双机组工况下一般电磁阀控制方法不足的问题。具有可靠性高、对油液的要求较低、不容易产生游舵的特点，且操舵噪声小、速度可控制，提高了随动控制精度。
实现上述目的而采取的技术方案，包括舵机速度调节电路Ⅰ、舵机控制电路Ⅱ、驱动液压舵机电磁阀以及舵角反馈机构，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，运算放大器F输出连接舵机速度调节电路Ⅰ和舵机控制电路Ⅱ，所述舵机速度调节电路Ⅰ输出并联舵机控制电路Ⅱ输出端并经开关k连接驱动液压舵机左机组电磁阀，所述舵机控制电路Ⅱ另一路输出端连接驱动液压舵机右机组电磁阀。
与现有技术相比本实用新型具有以下优点。
由采用电磁阀（电磁换向阀）控制的伺服机构，具有可靠性高、对油液的要求较低、不容易产生游舵等优点，其缺点是操舵噪声较大、速度不可控制。自动操舵仪采用分级控制电磁阀伺服机构的方法，克服了双机组工况下的控制精度低的这种缺点，特别适用于900kN.m以下的转叶式舵机操舵控制。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为本装置原理示意框图；
图2为本装置电原理图；
图3为本装置实施例控制电路图；
图4为本装置实施例控制电路结构说明图。
具体实施方式
本装置包括舵机速度调节电路Ⅰ、舵机控制电路Ⅱ、驱动液压舵机电磁阀以及舵角反馈机构，如图2所示，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，运算放大器F输出连接舵机速度调节电路Ⅰ和舵机控制电路Ⅱ，所述舵机速度调节电路Ⅰ输出并联舵机控制电路Ⅱ输出端并经开关k连接驱动液压舵机左机组电磁阀，所述舵机控制电路Ⅱ另一路输出端连接驱动液压舵机右机组电磁阀。
所述运算放大器F为比较器N5A，比较器N5A反向端接指令舵角与反馈舵角的差值△δ，同向端接可调电阻R93，比较器N5A输出一路接与门D2A，另一路接与门D2B，所述与门D2A输出端接与门D2B，与门D2B输出接控制三极管V37、V38，如图3所示。
当舵机工作在双机组工况下，舵机转舵速度在4.7°/S～5.6°/S范围内。电磁阀工作在开关状态，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。
工作原理
如图1所示，当舵机的转舵速度不大于2.7°/S时，随动操舵灵敏度和舵角跟随精度均能满足要求。由此，在双机组工况下，根据指令舵角与实际舵角的差值进行转舵速度有级调节，当舵角差的绝对值小于一定值时，只有一个伺服机构的电磁阀工作，转舵速度与单机组时相同。当舵角差的绝对值大于一定值时，二个机组的伺服机构电磁阀同时工作，满足高转舵速度的要求。。
如图2所示，双机组工况时，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Δδ＝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Δδ＝δc-δf信号进行运算，当|Δδ|小于给定值，开关k断开，切断图示左机组电磁阀，只有右机组工作，舵机速度与单机组相同，当|Δδ|大于给定值，左右机组电磁阀同时工作，此时的舵机速度为双机组速度。
具体实用电路，如图3所示，其电路结构见图4。经实际使用测试，电路调整方便，使用效果较好，达到设计要求。双机组工况下随动操舵灵敏度指标和舵角跟随精度指标同单机组工况下的随动指标相同。
图3中，指令舵角与反馈舵角的差值△δ进入N5A比较器，由R93设定双机组转换为单机组的时机即舵角差值。比如，双机组状态，当前舵角为右5°，设定R93到△δ为5°。当指令舵角设为左25°时，舵机转动，到左20°时，比较器N5A输出高电平（AB机组工作选择均为高电平，与门D2A输出高电平），与门D2B输出高电平，控制三极管V37、V38饱和导通，即关断本机组的操舵输出，双机组即变为单机组。舵机继续在单机组状态转动，到左25°。
下表1-3是采用电磁阀分级控制电路的某型自动操舵仪单、双机组工况下随动操舵灵敏度指标一组实测对比数据。
表1随动操舵灵敏度
Figure BDA0000413375460000051
下表2、表3是舵角跟随精度指标对比实测数据。
表2舵角跟随误差（机组I）
Figure BDA0000413375460000052
表3舵角跟随误差（机组I和II）
Figure BDA0000413375460000053
由上述数据可知，采用电磁阀分级控制技术后，双机组工况下，自动操舵仪的随动操舵灵敏度指标和舵角跟随精度指标同单机组工况下的随动指标相同。
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。在单机组工况下，如出现这种情况，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，这是一种办法。还可以采用“简易”操舵方式操控舵角，虽然这种操舵方式操纵舵角较困难，劳动强度也大，但可使控制电路变得简单，可靠性也可大大提高，这是值得的，因为隔离旁通必竟是一种特殊工况，发生这种故障的概率很小。

Claims (2)

1.一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置，包括舵机速度调节电路Ⅰ、舵机控制电路Ⅱ、驱动液压舵机电磁阀以及舵角反馈机构，其特征在于，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，运算放大器F输出连接舵机速度调节电路Ⅰ和舵机控制电路Ⅱ，所述舵机速度调节电路Ⅰ输出并联舵机控制电路Ⅱ输出端并经开关k连接驱动液压舵机左机组电磁阀，所述舵机控制电路Ⅱ另一路输出端连接驱动液压舵机右机组电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置，其特征在于，所述运算放大器F为比较器N5A，比较器N5A反向端接指令舵角与反馈舵角的差值△δ，同向端接可调电阻R93，比较器N5A输出一路接与门D2A，另一路接与门D2B，所述与门D2A输出端接与门D2B，与门D2B输出接控制三极管V37、V38。
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CN103600826A (zh) * 2013-11-14 2014-02-26 中国船舶重工集团公司第七0七研究所九江分部 一种电磁阀控液压舵机分级式控制装置
CN109484604A (zh) * 2018-12-21 2019-03-19 广西梧州运龙港船机械制造有限公司 船用液压舵机随动操舵仪

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