專利名稱：恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及船用推進(jìn)器，尤其涉及恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置。
背景技術(shù)：
舵槳轉(zhuǎn)舵方式之一是采用機(jī)帶泵即由主機(jī)直接拖動的液壓泵，受主機(jī)速度的影響，會隨主機(jī)速度的加快而加快。特別是在船舶高速行駛時，較快的轉(zhuǎn)舵速度容易導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。一直以來，各舵槳廠家常用的方法是用主機(jī)轉(zhuǎn)速作為補(bǔ)償參數(shù)，對比例閥開ロ按照經(jīng)驗值做補(bǔ)償。這種方法屬于開環(huán)控制，會隨著環(huán)境的改變?nèi)缪罅?、機(jī)械阻尼、液壓系統(tǒng)包括油路阻尼等因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)舵速度的不均衡。
發(fā)明內(nèi)容
·[0003]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置。本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置，特點是轉(zhuǎn)舵立柱旋轉(zhuǎn)支撐于法蘭上，轉(zhuǎn)舵立柱的下部固定下齒輪箱，轉(zhuǎn)舵立柱的上部安裝回轉(zhuǎn)大齒輪，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)固定于法蘭上，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的輸出軸與行星減速器的輸入軸驅(qū)動連接，行星減速器的輸出軸上安裝主動小齒輪，主動小齒輪與回轉(zhuǎn)大齒輪相嚙合，回轉(zhuǎn)大齒輪還與減速齒輪相嚙合，減速齒輪上布置有反饋器，反饋器與舵角指示器和PLC控制單元通訊連接，PLC控制單元與操縱手柄和比例閥控制連接，比例閥位于轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的油路回路中。進(jìn)ー步地，上述的恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置，其中，所述PLC控制單元包含有AD模塊和PID模塊。本實用新型技術(shù)方案的實質(zhì)性特點和進(jìn)步主要體現(xiàn)在本實用新型利用舵角反饋系統(tǒng)計算出實際的轉(zhuǎn)舵速度，再根據(jù)技術(shù)要求的轉(zhuǎn)速對比例閥的開度進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，為防止超調(diào)和隨動性差需要給ー個合適的補(bǔ)償，允許調(diào)試人員根據(jù)不同的槳給予不同的慣性參數(shù)，經(jīng)實船測試性能完全滿足設(shè)計要求。舵槳轉(zhuǎn)舵速度是通過控制比例閥開度實現(xiàn)，同時又受洋流、機(jī)械阻尼、機(jī)械慣量、液壓管路阻力等諸多方面的影響，調(diào)試人員在對控制系統(tǒng)有ー個充分了解的基礎(chǔ)上配合一個適合的比例系數(shù)和積分微分等參數(shù)，可以將系統(tǒng)調(diào)整到最佳狀況；調(diào)整方式非常簡單，而且抗環(huán)境干擾能力較強(qiáng)。
以下結(jié)合附圖
對本實用新型技術(shù)方案作進(jìn)ー步說明圖I :恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置的構(gòu)造示意圖；圖2 :圖I中A部的局部放大示意圖；圖3:控制流程示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置，轉(zhuǎn)舵立柱6旋轉(zhuǎn)支撐于法蘭上，轉(zhuǎn)舵立柱6的下部固定下齒輪箱7，轉(zhuǎn)舵立柱6的上部安裝回轉(zhuǎn)大齒輪5，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)2固定于法蘭上，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)2的輸出軸與行星減速器3的輸入軸驅(qū)動連接，行星減速器3的輸出軸上安裝主動小齒輪4，主動小齒輪4與回轉(zhuǎn)大齒輪5相嚙合，如圖2所示，回轉(zhuǎn)大齒輪5還與減速齒輪8相嚙合，減速齒輪8上布置有反饋器9，反饋器9 與舵角指示器11和PLC控制單元10通訊連接，PLC控制單元10包含有AD模塊和PID模塊，PLC控制單元10與操縱手柄12和比例閥I控制連接，比例閥I位于轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)2的油路回路中。伺服裝置采用PLC作為控制単元，PLC控制單元除具有邏輯控制能力外還具有較強(qiáng)的運算功能。使用PLC控制單元所配的AD模塊可以將指令和反饋的舵角模擬量檢測出轉(zhuǎn)變成PLC能夠接受的數(shù)字量，經(jīng)PLC采樣的信號通過函數(shù)運算得到所需要的轉(zhuǎn)舵速度，并通過微分模塊計算出轉(zhuǎn)舵速度。再通過PLC控制單元的PID模塊調(diào)節(jié)比例閥的開度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)舵速度的控制。采用通常的PLC控制單元或者單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等帶有CPU的控制單元，控制單元具有一定的數(shù)學(xué)運算能力。將舵角指令(轉(zhuǎn)舵手柄信號)和舵角反饋(實際舵槳位置信號)做差值運算，再把舵角反饋信號做ー個對時間的微分變換計算出轉(zhuǎn)舵速度。再根據(jù)得出的轉(zhuǎn)舵速度指令和實際轉(zhuǎn)舵速度的差異調(diào)整控制液壓馬達(dá)流量的比例閥，從而達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)舵速度的結(jié)果。如圖3所示，恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置的控制方法，通過控制比例閥I開度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)2的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)2的輸出軸轉(zhuǎn)速經(jīng)行星減速器3減速后驅(qū)動主動小齒輪4旋轉(zhuǎn)，主動小齒輪4與回轉(zhuǎn)大齒輪5嚙合從而驅(qū)動轉(zhuǎn)舵立柱6旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)大齒輪5的轉(zhuǎn)速并傳遞到減速齒輪8，由反饋器9檢測減速齒輪8的轉(zhuǎn)速作為舵槳舵角反饋信號(因減速齒輪與轉(zhuǎn)舵齒輪的速比是I :1，所以可以反映舵槳的舵角)，反饋器9將檢測到的舵槳舵角反饋信號反饋到PLC控制單元10 ；PLC控制單元10對操縱手柄舵角指令和舵槳舵角反饋信號通過其AD模塊采樣由PLC控制單元做減法運算；減法運算的差值由PLC控制單元的邏輯判斷功能做分類當(dāng)差值小于死區(qū)值則轉(zhuǎn)舵速度指令輸出為零，當(dāng)差值在死區(qū)值與設(shè)定的減速區(qū)域值之間時轉(zhuǎn)舵速度指令輸出與差值成正比，即轉(zhuǎn)舵速度指令輸出為差值乘以系數(shù)(系數(shù)是PID控制中積分的時間常數(shù))，當(dāng)差值大于設(shè)定的減速區(qū)域值時轉(zhuǎn)舵速度指令輸出為恒值，即為設(shè)定的轉(zhuǎn)舵速度；反饋器采樣舵槳舵角反饋信號讀進(jìn)PLC控制單元，算出単位時間舵槳的變化量，即實際轉(zhuǎn)舵速度；將轉(zhuǎn)舵速度指令和實際轉(zhuǎn)舵速度在PLC控制單元運算器中做減法運算，并把結(jié)果除以比例系數(shù)(系數(shù)是PID控制中積分的時間常數(shù))，作為比例閥開度的補(bǔ)償值與當(dāng)前的比例閥開度相加，作為下ー個時間段的比例閥開度；通過PLC控制單元的PID模塊調(diào)節(jié)比例閥的開度，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)穩(wěn)定舵槳的轉(zhuǎn)舵速度。由于上述過程屬于積分控制，所以對于系統(tǒng)的不穩(wěn)定造成的轉(zhuǎn)舵速度的波動有過濾作用。調(diào)節(jié)系數(shù)可以使系統(tǒng)適應(yīng)不同的慣性系統(tǒng)。舵角反饋經(jīng)PLC控制單元的AD模塊采樣到PLC控制單元，一路與舵角指令比較由PLC控制單元計算轉(zhuǎn)舵速度指令，另一路經(jīng)PLC控制單元微分計算出實際轉(zhuǎn)舵速度。將轉(zhuǎn)舵速度指令與實際轉(zhuǎn)舵速度比較后把差值積分除以系數(shù)，作為比例閥的補(bǔ)償量與之前的比例閥開度相加得出當(dāng)前的比例閥開度，最終控制轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。由于采用了積分，有效的穩(wěn)定了采樣時信號的干擾和海上浪涌及舵槳本身的不確定因素造成的抖動。使舵槳能按照設(shè)定的轉(zhuǎn)舵速度跟隨手柄指令轉(zhuǎn)至目標(biāo)值。轉(zhuǎn)舵指令與反饋之間差值達(dá)到一定值時，則轉(zhuǎn)舵速度要求以ー個恒定的旋速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)小于此值時，即進(jìn)入減速區(qū)，則旋速根據(jù)差值的減少按照比例減?。恢钡竭M(jìn)入死區(qū)，使槳完全停轉(zhuǎn)；死區(qū)是防止過沖，也是為防止信號干擾造成的比例閥頻繁開關(guān)；這在以往的設(shè)計中所必需的；由于比例閥有減速區(qū)域，因此比例閥的死區(qū)比開關(guān)閥減小很多，而在伺服系統(tǒng)中由于控制更為精確，所以死區(qū)可以比比例閥進(jìn)ー步減小。當(dāng)手柄與舵槳反饋信號之間的存在差異，并且差異較大時，舵槳將以一個恒定的轉(zhuǎn)速向減小偏差的方向轉(zhuǎn)舵，為了保證轉(zhuǎn)舵的恒定，不受主機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)舵過程中實時監(jiān)測轉(zhuǎn)舵位置和轉(zhuǎn)舵速度，并利用其與轉(zhuǎn)舵指令比較用偏差值來調(diào)整比例閥的開度，從而控制舵槳的轉(zhuǎn)舵速度。綜上所述，利用舵角反饋系統(tǒng)計算出實際的轉(zhuǎn)舵速度，再根據(jù)技術(shù)要求的轉(zhuǎn)速對 比例閥的開度進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。為防止超調(diào)和隨動性差需要給ー個合適的補(bǔ)償。允許調(diào)試人員根據(jù)不同的槳給予不同的慣性參數(shù)。經(jīng)實船測試性能完全滿足設(shè)計要求。舵槳轉(zhuǎn)舵速度是通過控制比例閥開度實現(xiàn)，同時又受洋流、機(jī)械阻尼、機(jī)械慣量、液壓管路阻力等諸多方面的影響，調(diào)試人員在對控制系統(tǒng)有ー個充分了解的基礎(chǔ)上配合一個適合的比例系數(shù)和積分微分等參數(shù)，可以將系統(tǒng)調(diào)整到最佳狀況。調(diào)整方式非常簡單，而且抗環(huán)境干擾能力較強(qiáng)。需要理解到的是以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置，其特征在于轉(zhuǎn)舵立柱旋轉(zhuǎn)支撐于法蘭上，轉(zhuǎn)舵立柱的下部固定下齒輪箱，轉(zhuǎn)舵立柱的上部安裝回轉(zhuǎn)大齒輪，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)固定于法蘭上，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的輸出軸與行星減速器的輸入軸驅(qū)動連接，行星減速器的輸出軸上安裝主動小齒輪，主動小齒輪與回轉(zhuǎn)大齒輪相嚙合，回轉(zhuǎn)大齒輪還與減速齒輪相嚙合，減速齒輪上布置有反饋器，反饋器與舵角指示器和PLC控制單元通訊連接，PLC控制單元與操縱手柄和比例閥控制連接，比例閥位于轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的油路回路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置，其特征在于所述PLC控制單元包含有AD模塊和PID模塊。
專利摘要本實用新型涉及恒速轉(zhuǎn)舵伺服裝置，轉(zhuǎn)舵立柱旋轉(zhuǎn)支撐于法蘭上，轉(zhuǎn)舵立柱的下部固定下齒輪箱，轉(zhuǎn)舵立柱的上部安裝回轉(zhuǎn)大齒輪，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)固定于法蘭上，轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的輸出軸與行星減速器的輸入軸驅(qū)動連接，行星減速器的輸出軸上安裝主動小齒輪，主動小齒輪與回轉(zhuǎn)大齒輪相嚙合，回轉(zhuǎn)大齒輪還與減速齒輪相嚙合，減速齒輪上布置有反饋器，反饋器與舵角指示器和PLC控制單元通訊連接，PLC控制單元與操縱手柄和比例閥控制連接，比例閥位于轉(zhuǎn)舵液壓馬達(dá)的油路回路中。將舵角指令和舵角反饋做差值運算，將舵角反饋信號做對時間的微分變換計算出轉(zhuǎn)舵速度，根據(jù)轉(zhuǎn)舵速度指令和實際轉(zhuǎn)舵速度的差異調(diào)整比例閥，實現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)舵速度。
文檔編號B63H25/22GK202449199SQ20122001930
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者邱黎輝, 黃民 申請人:蘇州船用動力系統(tǒng)股份有限公司