船舶借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港出发按 计划的航线到达预定的目的港。由此可见，操舵系统是一个重要控制系统，其性 能直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性。自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行,是操纵船舶的关键设备。系统的调节对象是船，被调节量是航向。 自动舵是一个闭环系统，它包括：航向给定环节； 航向检测环节； 给定航向与实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机 构；舵；调节对象—船；舵角反馈机构等。自1922年自动舵问世到今天, 代替人力操舵的自动舵的发展确实取得了长足的进展, 在相当程度上减少了人力, 节约了燃料, 降低了机械磨损, 但是距离真正意义上的操舵自动化还有相。当大的距离。技术实现船舶自动舵控制 ,比半导体分立器件或集成元件构成的印刷电路板可靠性高 ,维修成本低 ,操作管理更方便 ,并且能动态显示舵机状态 ,便于在线故障诊断。但是 ,要实现操舵更平稳、操舵幅度小、航迹及航向偏差最小 ,以达到船舶航迹控制 , PID舵实现比较困难 ,可以采用在线训练神经网络控制方法或无模型自适应控制技术等进行改进。

自70 年代起,国内一些科研院所、高校开展自动舵的理论与开发工作,并取得了不少成果,一些航海仪表厂家也独立或与研究所、高校合作开展了自动舵的试制和生产,其产品以模拟PID 舵为主。目前虽然国产自适应舵已经投入实船使用,但效果并不明显。智能控制舵还处于理论研究阶段,还没有产品化。航迹舵基本上也处于研究阶段,还没有过硬的产品。

目前国外市场上有多种成熟的航向舵、航迹舵产品,其控制方法大多为比较成熟的自适应控制,例如日本Tokimec 公司的PR - 8000 系列自适应自动舵、德国Anschuz 公司的NAU TO CONTROL 综合系统中的自动舵、美国Sperry 公司VISIONTECHNOLOGY系统中的自适应自动舵等。近几年发展起来的智能控制及其它近代控制在自动舵上应用尚处于方案可行性论证及实验仿真阶段,还有待于进一步工程实现研究。

2. 研究的基本内容与方案

1.设计任务

(1) 了解船舶自动舵控制系统的基本组成；

(2) 对船舶自动舵控制系统电路进行研究，制定设计方案；

(3) 对船舶自动舵控制系统软件进行研究，并使用PLC编程实现；

(4) 对船舶自动舵控制系统总体进行研究；

2.研究方案

自动舵控制系统充分使用船上舵机系统的自整角变压器、转舵电磁阀 (两组 )、限位开关、舵角指示等检测及执行机构。充分利用 PLC的内部软元件 , 发挥 PLC的编程功能。自动舵功能如图所示