自动操舵仪

又称自动操舵装置，是船舶上用于自动控制舵机，以保持船舶按规定航向航行的设备。船舶水面航行主要是依靠舵来控制航向，自动操舵仪指代替舵手操舵，保证船舶自动跟踪指令航向，达到自动保持与改变航向的目的。

设备简介

自动操舵仪是一种能自动控制舵机（见舵设备）以保持船舶按规定航向航行的设备。又称自动操舵装置。它是在通常的操舵装置上加装自动控制部分而成。目前使用较多的是机电式自动操舵仪，可根据海况和船舶装载情况由人工调节偏舵角、反舵角和压舵角。20世纪70年代出现的自适应自动操舵仪，能根据客观情况自动调整上述各种舵角，使航向更稳定，经济效益更好。

第一台在船上安装使用的自动操舵仪由德国的安许茨公司于1920年初研制成功。此后经历了三个发展时期，有三代产品。第一代为机械式自动操舵仪，第二代为50年代出现的机电式自动操舵仪，第三代是70年代出现的自适应自动操舵仪。

工作原理

根据罗经显示的船舶航向和规定的航向比较后所得的航向误差信号，即偏航信号，控制舵机转动舵并产生合适的偏舵角，使船在舵的作用下，转向规定的航向。自动操舵仪具有自动操舵和手动操舵两种工作方式。船舶在大海中直线航行时，采用自动操舵方式，可减轻舵工劳动强度和提高航向保持的精度，从而相应缩短航行时间和节省能源；船舶在能见度不良或进出港时，采用手动操舵方式，具有灵活、机动的特点。

自动操舵仪是根据指令信号自动完成操纵舵机，以使船舶能够保持在预定航线上稳定航行的设备，性能优良的自动操舵可保持高精度的船舶航向、航迹，减少偏航，由此相应缩短航程，节省燃料，提高航行的经济效益。用于海洋船舶的操舵仪操舵范围应为±35°，用于内河船舶的操舵范围应为±40°。

自动操舵有两种工况：一种是自动稳定航向；另一种是改变航向。普通自动舵仅有航向保持功能，航迹舵具有控制船舶精确的航行轨迹。自动操舵仪与ECDIS相结合，可实现航迹控制，在航路点(WP)处。自动转向；在偏离航迹时，自动控制船舶回到设定的航迹。

系统组成

由于船舶在大洋中航行时，风、浪、流等各种干扰容易使船偏离航线，以致一般的航向舵性能尚难快速精确地控制航行轨迹。新一代计算机控制的智能自动舵(航迹舵)，可根据测量到的船舶实时状态信息(如偏舵角、船首向、偏航角和航速等)来实时调整参数，实施有效控制，使船舶能按设定的性能指标尽可能达到和接近最优控制。

自动操舵仪通常都应具有自动、随动和非随动三种工作状态，有的还有越控功能。其组成主要包括主操舵台、简易操纵台、反馈机构、伺服机构、转换开关等，并应具有就地应急操舵功能。

(1)主操纵台是自动操舵仪的主要部件，安装在驾驶室中央，一般具有自动、随动、非随动三种工作状态。

(2)简易操纵台安装在舵机舱，进行应急操舵。

(3)反馈机构安装在舵机舱。

(4)伺服机构安装在舵机舱。

(5)转换开关箱安装在舵机舱。

(6)电源转换器安装在舵机舱。

自动操舵仪应与舵机系统和罗经系统紧密配合(当电罗经有故障时，也可通过磁罗经的传感器获得航向信号)。

设备分类

机械式自动操舵仪

以机械系统对偏航信号进行处理，然后实现操舵。它的灵敏度低，质量差，仅在为数不多的大型客船上使用过。

机电式自动操舵仪

将比例-积分-微分控制器（简称PID控制器）应用在自动操舵仪上,由电子线路对偏航信号进行处理，从而实现操舵。舵机的控制信号有三种：①与偏航角成比例的偏舵角信号，用以使船首返回原航向，对重载船取比例小些的。②与偏航角对时间的积分成比例的信号，用以抵消不对称偏航，又称压舵，按风浪实际情况调整。③与偏航角对时间的微分（导数）成比例的信号，用以克服由惯性引起的偏航，又称反舵角，对重载船取微分作用强、给舵快些的。 PID控制器使操舵性能有很大提高，满足了船舶大型化、快速化对自动操舵仪提出的要求。机电式自动操舵仪目前被广泛使用于各种类型船舶上,但他有两个缺点:①当船舶装载、航速等状态或风、浪、流等航行环境发生变化，船舶的操纵性能随之发生变化时，自动操舵仪的控制特性不能随之自动作相应变化。要保持自动操舵仪的良好性能，在很大程度上取决于驾驶员对船舶本身及外界干扰的正确判断，用人工对自动操舵仪的控制参数如灵敏度、比例系数或微分系数等进行调节。这样既不方便，又很难调节到最佳状态。②为了提高船的航向保持的精度，自动操舵仪对偏航信号极为敏感，因而操舵频繁且舵的摆动幅度较大。这样，不仅增加操舵的能源消耗和舵机磨损，还将引起水阻力的增加，导致船速降低，影响经济效益。

自适应自动操舵仪

随着自适应控制理论的发展和微处理机在船舶上的应用，出现了自适应自动操舵仪。它是把具有自适应操舵程序的模块并入机电式自动操舵仪而成。自适应自动操舵仪在船舶的载货和航速等状态或风、浪、流等航行环境发生变化而引起船舶操纵性能变化时，能感测这些变化并按事先设定的性能指标自动调整控制参数,使自动操舵仪保持在最佳状态。因此,自适应自动操舵仪不但能减少人工操作，提高航行安全性，而且还有明显的经济效益，一般它比机电式自动操舵仪可节省燃料约1%。

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