基本介紹
- 中文名：自動操舵儀
- 外文名：Automatic pilot
- 別稱：自動操舵裝置
- 所屬領域：交通工程
- 組成：操舵台、簡易操縱台
- 類型：機械式、機電式、自適應等
簡介,工作原理,系統組成,分類,機械式自動操舵儀,機電式自動操舵儀,自適應自動操舵儀,
簡介
自動操舵儀是一種能自動控制舵機（見舵設備）以保持船舶按規定航向航行的設備。又稱自動操舵裝置。它是在通常的操舵裝置上加裝自動控制部分而成。 目前使用較多的是機電式自動操舵儀，可根據海況和船舶裝載情況由人工調節偏舵角、反舵角和壓舵角。20世紀70年代出現的自適應自動操舵儀，能根據客觀情況自動調整上述各種舵角，使航向更穩定，經濟效益更好。
第一台在船上安裝使用的自動操舵儀由德國的安許茨公司於1920年初研製成功。此後經歷了三個發展時期，有三代產品。第一代為機械式自動操舵儀，第二代為50年代出現的機電式自動操舵儀，第三代是70年代出現的自適應自動操舵儀。
工作原理
根據羅經顯示的船舶航向和規定的航向比較後所得的航向誤差信號，即偏航信號，控制舵機轉動舵並產生合適的偏舵角，使船在舵的作用下，轉向規定的航向。自動操舵儀具有自動操舵和手動操舵兩種工作方式。船舶在大海中直線航行時，採用自動操舵方式，可減輕舵工勞動強度和提高航向保持的精度，從而相應縮短航行時間和節省能源；船舶在能見度不良或進出港時，採用手動操舵方式，具有靈活、機動的特點。
自動操舵儀是根據指令信號自動完成操縱舵機，以使船舶能夠保持在預定航線上穩定航行的設備，性能優良的自動操舵可保持高精度的船舶航向、航跡，減少偏航，由此相應縮短航程，節省燃料，提高航行的經濟效益。用於海洋船舶的操舵儀操舵範圍應為±35°，用於內河船舶的操舵範圍應為±40°。
自動操舵有兩種工況：一種是自動穩定航向；另一種是改變航向。普通自動舵僅有航向保持功能，航跡舵具有控制船舶精確的航行軌跡。自動操舵儀與ECDIS相結合，可實現航跡控制，在航路點(WP)處。自動轉向；在偏離航跡時，自動控制船舶回到設定的航跡。
系統組成
由於船舶在大洋中航行時，風、浪、流等各種干擾容易使船偏離航線，以致一般的航向舵性能尚難快速精確地控制航行軌跡。新一代計算機控制的智慧型自動舵(航跡舵)，可根據測量到的船舶實時狀態信息(如偏舵角、船首向、偏航角和航速等)來實時調整參數，實施有效控制，使船舶能按設定的性能指標儘可能達到和接近最優控制。
自動操舵儀通常都應具有自動、隨動和非隨動三種工作狀態，有的還有越控功能。其組成主要包括主操舵台、簡易操縱台、反饋機構、伺服機構、轉換開關等，並應具有就地應急操舵功能。
(1)主操縱台是自動操舵儀的主要部件，安裝在駕駛室中央，一般具有自動、隨動、非隨動三種工作狀態。
(2)簡易操縱台安裝在舵機艙，進行應急操舵。
(3)反饋機構安裝在舵機艙。
(4)伺服機構安裝在舵機艙。
(5)轉換開關箱安裝在舵機艙。
(6)電源轉換器安裝在舵機艙。
自動操舵儀應與舵機系統和羅經系統緊密配合(當電羅經有故障時，也可通過磁羅經的感測器獲得航向信號)。
分類
機械式自動操舵儀
以機械系統對偏航信號進行處理，然後實現操舵。它的靈敏度低，質量差，僅在為數不多的大型客船上使用過。
機電式自動操舵儀
將比例-積分-微分控制器（簡稱PID控制器）套用在自動操舵儀上,由電子線路對偏航信號進行處理，從而實現操舵。舵機的控制信號有三種：①與偏航角成比例的偏舵角信號，用以使船首返回原航向，對重載船取比例小些的。②與偏航角對時間的積分成比例的信號，用以抵消不對稱偏航，又稱壓舵，按風浪實際情況調整。③與偏航角對時間的微分（導數）成比例的信號，用以克服由慣性引起的偏航，又稱反舵角，對重載船取微分作用強、給舵快些的。 PID控制器使操舵性能有很大提高，滿足了船舶大型化、快速化對自動操舵儀提出的要求。機電式自動操舵儀目前被廣泛使用於各種類型船舶上,但他有兩個缺點:①當船舶裝載、航速等狀態或風、浪、流等航行環境發生變化，船舶的操縱性能隨之發生變化時，自動操舵儀的控制特性不能隨之自動作相應變化。要保持自動操舵儀的良好性能，在很大程度上取決於駕駛員對船舶本身及外界干擾的正確判斷，用人工對自動操舵儀的控制參數如靈敏度、比例係數或微分係數等進行調節。這樣既不方便，又很難調節到最佳狀態。②為了提高船的航向保持的精度，自動操舵儀對偏航信號極為敏感，因而操舵頻繁且舵的擺動幅度較大。這樣，不僅增加操舵的能源消耗和舵機磨損，還將引起水阻力的增加，導致船速降低，影響經濟效益。
