航向自動跟蹤式磁羅逕自動操舵儀的製作方法

2023-12-09 17:38:31

專利名稱:航向自動跟蹤式磁羅逕自動操舵儀的製作方法
本實用新型屬於航向自動跟蹤系統，更具體地說是屬於磁羅經自動操舵系統。
現有的磁羅經自動操舵儀，主要由傳送磁羅經航向的傳感器；與傳感器有電氣連接的調整給定航向選擇器，即自整角機；由激磁電源、分頻器或者倍頻器和航向信號解調器組成的變換器，以及操舵系統組成。如上海航海儀器廠生產的《DC－Ⅱ型高級磁羅經自動操舵儀》就是如此。
現有的磁羅經自動操舵儀，就其系統來說，已基本完整，也具有一定的實用性。但與電羅經自動操舵儀相比，其航向誤差要大得多，如上海航海儀器廠生產的《DC－Ⅱ型高級磁羅經自動操舵儀》的航向誤差竟為±3°。其原因就在於現有磁羅經自動操舵儀，在改變船舶航向時，必須藉助於與磁羅盤讀數完全一致的指令航向刻度盤，人工調整固連在自整角機轉子軸上的指針，確定轉子的位置，來給定期望航向。正是這種由人工調整期望航向的方法，而產生出前面所說的±3°航向誤差，即實際航向和期望航向誤差，使得船舶採用磁羅經自動操舵時，不能按期望的正確航向行駛。
另外，現有的磁羅經自動操舵儀，其一次轉舵能力只能小於±180°，否則船舶就會向不正確的方向轉向。
本實用新型的目的之一是提供一種能使船舶的實際航向與期望航向即磁羅盤的指示航向同步、來減小航向誤差的磁羅經自動操舵儀。
本實用新型的目的之二是提供一種船首向改變最大值等於±180°，也能正常工作的磁羅經自動操舵儀。
實現本實用新型的方案是
在自整角機轉子繞組的輸出端與轉子軸之間接一能使轉子始終處於自動跟蹤船首向並使其繞組輸出為零的航向自動跟蹤裝置。
圖1是實現本實用新型的系統框圖。它包括這樣幾個部分傳送磁羅經航向的傳感器1；與傳感器有電氣連接的自整角機2；由激磁振蕩器、倍頻器和航向信號解調器組成的變換器3；操舵系統5；能使自整角機2的轉子始終處於自動跟蹤船首向並使其繞組輸出為零的航向自動跟蹤裝置4。
所說的航向自動跟蹤裝置4可採用下列方法實現在自整角機轉子繞組的輸出端，接一放大其輸出偏航信號的前置放大器；將放大後的交流偏航信號轉變成緩變的直流信號解調器；將解調器輸出的緩變直流信號加以放大的跟蹤放大器；將跟蹤放大器輸出的電信號轉變成機械信號的直流可逆電機；改變和降低直流可逆電機轉速，以便驅動、改變自整角機轉子位置，來跟蹤期望航向的變速機構。所說的變速機構可用變速齒輪，其傳動比可為3601。所說的變速齒輪可採用三級，三級傳動比可依次為61、61、101。在所說的直流可逆電機M的軸上可裝一微調航向裝置，當電機無輸入時，可用此裝置微量調整航向。
下面結合本實用新型的實施例做進一步說明。
圖2是本實用新型的電路原理框圖。
圖中傳送磁羅經航向的傳感器1為雙圈式結構，其中的激磁繞組由兩個匝數相等方向相反的線圈組成，其激磁電源來自由A1，2，3和IBG5，6構成的激磁振蕩器12提供，頻率f為1KC。傳感器的三相感應繞組與自整角機Z12的三相繞組相連，感應繞組中的感應信號為2倍的激磁信號，即2f。激磁信號f對感應繞組不起作用。當自整角機Z1轉子繞組軸線與羅經磁棒相一致時，轉子繞組輸出的信號為最大；當兩者相垂直時，輸出為零，即為協調狀態。
由Ic1構成的前置放大器6接收來自自整角機Z1轉子輸出的偏航信號，放大後的2f偏航信號經由IBG1，2構成的解調器7轉變為緩變的直流信號。解調器7的基準電壓來自由A4、5、D1、2和W8構成的倍頻器13，調節W8可以修正倍頻電壓波形。解調器的輸出一路經由1R10到IC2、1BG3、4構成的跟蹤放大器8，另一路經1R9到操舵控制系統。跟蹤放大器8的輸出經K1－3選通A點，即自動跟蹤(手動操舵)，或者選通B點，即自動操舵。當自動跟蹤時，跟蹤放大器8與直流可逆電機(M)10接通。當船舶改變航向時，羅徑磁棒和自整角機2失調，其轉子繞組輸出偏航信號，經前置放大器、解調器、跟蹤放大器使電機10轉動，後經由電機帶動的三級61、61、101變速齒輪帶動自整角機2轉子轉過一個相應的角度，使其重新處於協調狀態、輸出為零，電機停止轉動，從而實現航向自動跟蹤。此時，由5BG1、2、3、4構成的偏航指示器11的零值指示燈亮，偏航指示器中的小圓圈表示零值指示燈。
當船首向達到所期望的航向時(依據磁羅盤的刻度讀數)，將K1－3打到B點，直流可逆電機10被切斷。此時，船舶就以協調點為航向基準，按照期望的航向行駛。如果因人眼的視覺誤差或者轉換K1－3時間不當，造成細微的航向誤差，可依據零值指示燈，調節與直流可逆電機10軸有自動連接的微調航向裝置S加以修正。微調航向裝置S每轉一周，可改變航向1°。如果船舶在期望航向航行時，向左或向右偏航，則偏航指示燈(如偏航指示器中的左右箭頭所示)可以指示出偏航方向。
圖2中，由1R9引出的部分去操舵系統。其中由IC3和W7構成的校正放大器14接收經1R9過來的解調器7輸出的偏航信號，W7用來調節放大倍數，使航向每度輸出電壓為定值。校正放大器14輸出的定值電壓，後經靈敏度調節器15(天氣調節)分別送入比例微分器16、積分器17和絕對值放大器18。靈敏度調節器15由4D1、4D2和4BG1構成，用來在不同海況下使增益改變。比例微分器16由IC4和4R、4C構成，通過改變4R值實現舵角比例調節，改變電容4C可以改變微分量，實現擋舵調節。積分器17由IC9、IC10和電容器2C4以及J1－2構成，用來實現壓舵調節，J1－2在偏航超過10°時，自動閉合，電容2C4短路，使積分器停止工作。在跟蹤狀態時，經K1－5將電容2C4短路，保證在自動狀態下，積分器從零開始。絕對值放大器18由A6構成，它用來使正負偏航信號均轉換成負信號，以便控制偏航報警器19和舵角限止器20。偏航報警器19由A7和J1－1、2W2以及蜂嗚器B構成，調節2W2可以改變偏航的報警度數。舵角限止器20由A8和2W3、J2構成，調節2W3可以使舵角在5～20°範圍內可調，當J2工作時，J2－1、J2－2切斷了由IC7構成的合成放大器22的輸出信號，使開關功放2BG3、25、2BG426停止工作，實現舵角限止。W9是用來調節舵機開關的靈敏度，以防舵振，2R29、2R30是開關功放25、26的偏流電阻。合成放大器22接收經電阻2R23、2R24和2R40過來的各路信號，經比較產生舵角指令信號，使舵機按指令的方向轉動。舵一啟動，通過船上的舵角發送器使舵角反饋自整角機(Z2)24輸出一個舵角信號到舵角反饋解調器23，圖2中舵角反饋自整角機(Z2)的1、2、3端接入船上的舵角發送器。舵角反饋解調器23由2BG1、2和IC8構成，其解調信號與來自2R23和2R24的信號極性相反，實現舵角反饋。
J3、J4為舵機控制繼電器。J4－3、J3－3是為了使J3、J4不同時工作，而保證舵機正常工作。K1－1和K1－2是操舵工作方式開關，A點為手動工作狀態，B點為自動工作狀態。J3－1和J3－2、J4－1和J4－2分別通過K1－2、K1－1與操舵臺T相連，而操舵臺T的4、5、6端子與舵機驅動設備相連，來控制舵機運轉。圖2中的E為電源部份。
該操舵儀採用雙通道工作方式。
本實用新型的積極效果為
由於該操舵儀在確定航向時是採用自動跟蹤方式，即自動跟蹤船首向，使自整角機轉子的位置與羅經磁棒的位置時刻處於協調狀態，使期望航向與船舶實際航向一致，從而克服了長期以來人們一直把因傳感器存在固有誤差，而使由人工調整期望航向所產生的船舶實際航向與期望航向不符的問題，認為是「理所當然」的觀念。該操舵儀的航向誤差僅為±0.1°。
該操舵儀的一次跟蹤能力做到了±180°，從而使得船舶在改變航向時，不會出現因偏航信號極性錯亂，造成船舶向不正確的方向轉向的問題。
再者該操舵儀的自動化程度高，操作方便，即在改變航向時，不需要人工調整期望航向。磁羅經和電羅經可兼容使用。
該操舵儀的操舵系統由於採用PID調節器，即比例積分、微分調節器並採用雙通道，從而使工作穩定，安全可靠。
另外，該操舵儀體積小、重量輕、造價低廉。裝船時不需改變磁羅經和駕駛臺上的其它設備。此操舵儀尤為適宜小型船舶自動操舵，如漁船、拖輪、一般工作船及遊艇等。
權利要求
1.一種磁羅經自動操舵儀，它主要包括傳送磁羅經航向的傳感器[1]；與傳感器有電氣連接的自整角機[2]；由激磁振蕩器、倍頻器和航向信號解調器組成的變換器[3]；操舵系統[5]，其特徵在於在所說的自整角機[2]轉子繞組的輸出端和轉子軸之間接一能使轉子始終處於自動跟蹤船首航向並使其繞組輸出為零的航向自動跟蹤裝置[4]。
2.按權利要求
1所述的磁羅經自動操舵儀，其特徵在於所說的航向自動跟蹤裝置〔4〕包括放大自整角機Z1轉子繞組輸出的偏航信號的前置放大器〔6〕；將放大後的交流偏航信號轉換成緩變的直流信號解調器〔7〕；將解調器輸出直流信號加以放大的跟蹤放大器〔8〕；將跟蹤放大器輸出的電信號轉變成機械信號的直流可逆電機〔10〕；改變和降低直流可逆電機轉速，以便改變自整角機Z1轉子位置，實現自動跟蹤的變速機構〔9〕。
3.按照權利要求
2所述的磁羅經自動操舵儀，其特徵在於所說的變速機構〔9〕系用變速齒輪，其傳動比為3601。
4.按權利要求
3所述的磁羅經自動操舵儀，其特徵在於所說的變速齒輪採用三級，三級的傳動比依次為61、61、101。
5.按照權利要求
1所述的磁羅經自動操舵儀，其特徵在於在所說的跟蹤放大器〔8〕的輸出端，接一顯示航向跟蹤狀態或者確定偏航方向的偏航指示器〔11〕。
6.按照權利要求
4所述的磁羅經自動操舵儀，其特徵在於在所說的直流可逆電機〔10〕的軸上，裝一可微調航向裝置S，當電機無輸入時，用該裝置改變航向。
專利摘要
本實用新型是一種船用磁羅逕自動操舵儀。它與現有磁羅徑的主要區別在於，不需要手動調整期望航向，而是採用自動跟蹤船首航向，使得期望航向可直接從磁羅徑刻度盤上讀出，從而解決了期望航向與實際航向不符的問題。
文檔編號G01C21/12GK86208268SQ86208268
公開日1987年9月9日 申請日期1986年10月27日
發明者黃文瀚 申請人:黃文瀚導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan