一、 文献综述

舵机是船舶上的一种大甲板机械。舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑扭矩大小。舵机是改变船舶航行方向时，将舵转至所需角度的装置。通常安装于船舶的尾部，由驾驶人员在驾驶台上通过操纵装置和传动装置远距离操纵。有电力式、液压式、电动液压式和机械式等多种。

船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作。有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而做功产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。

这两类舵机的差别：往复柱塞式舵机以上舵承来承重舵系，下舵承来定位，舵柄的压入量仅几毫米；而转叶式舵机不需要上舵承，由舵机直接承重，但是在舵机平台需要考虑水密性，舵柄的压入量需几十毫米。往复柱塞式舵机对尺寸的要求较大。往复柱塞式舵机可以向一舷偏转不到40°，转叶式舵机可达70°。液压系统作用是高、低压转换，将压力损失转化为机械运动。

厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是kg/cm，意思是在摆臂长度1公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度愈长，则扭力愈小。速度的单位是sec/60°，意思是舵机转动60°所需要的时间。电压会直接影响舵机的性能，例如FutabaS-9001在4.8V时扭力为3.9kg/cm、速度为0.22秒/60°，在6.0V时扭力为5.2kg/cm、速度为0.18秒/60°。若无特别注明，JR的舵机都是以4.8V为测试电压，Futaba则是以6.0V作为测试电压。所谓天下没有白吃的午餐，速度快、扭力大的舵机，除了价格贵，还会伴随著高耗电的特点。因此使用高级的舵机时，务必搭配高品质、高容量的镍镉电池，能提供稳定且充裕的电流，才可发挥舵机应有的性能。

液压舵机是电液位置伺服控制系统，具有重量轻、尺寸小、灵敏度高，工作平稳安全可靠，运转噪音低、振动小，而且可实现无级变速，功率的范围广等优点，目前被广泛应用于各种飞行器、船舶上。

液压舵机由两部分组成:机械机构和液压控制系统，而液压控制系统又是由液压系统和电路控制系统两部分组成，其中反馈信号的检测、放大、校正都是在电路控制系统中完成的。机械机构的作用是将液压能转换成机械能，推动舵面偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能，并设置所需的保护与控制装置。控制系统则是电路部分，其作用有二，一是传递舵令，二是控制操舵精度。这其中液压控制系统起着决定性的作用，它的性能的好坏直接决定着舵机性能的优劣，进而直接影响飞行器性能的高低。液压舵机的工作原理如图所示。

控制系统的电信号通过控制液压系统的电液伺服阀阀芯开度来控制流入流出液压缸两腔的流量，从而控制液压缸中的活塞的位移，活塞的位移又通过液压舵机的执行机构一机械系统来控制舵面的偏转;而液压系统的主要作用是向舵机提供足够的液压能，设置所需的保护与控制装置，实现电路控制系统与机械系统之间的信号转换，将控制系统的控制信号转换为液压缸中的活塞的位移，从而驱动舵机的曲柄连杆机构进行转动，达到控制舵面偏转角度的目的。

液压控制系统可从不同的角度分类，每种分类方法都代表液压控制系统一定的特点。

按输入信号的变化规律分类:定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统。伺服控制系统也称随动系统，其输入信号是时间的未知函数，而液压控制系统的输出量能够准确、迅速的复现输入量的变化规律，对伺服系统来说，能否获得快速响应往往是它的主要矛盾。

按被控物理量可进分为速度控制系统、位置控制系统、加速度控制系统和力控制系统以及其他物理量的控制系统等。