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0 引言中交天津航道局有限公司“通力”轮是由荷兰 IHC Holland和Merwede公司制造的自航耙吸式挖泥船。
该船主机为1000r/m，12缸V型高速柴油机，双机双桨，采用调距浆。
该船舵机系统采用滚轮式转舵机构，为阀控型。
由三台型号为4AP152M-4异步电动机和三台型号为IPH3-16.101的内齿轮泵组成电动液压泵组，最大工作压力300bar。
舵机系统包括：操舵传动装置、舵机动力装置、换向机构、反馈机构以及安全装置。
该船属于工程船舶，要求能够准确的定位，因此舵机系统要求较高，要有很好的灵敏性和准确性。
舵机系统的良好运行不光关系到船舶的安全，还是保持船舶高作业效率的重要因素。
本文以“通力”轮为例，简析其工作原理，分析常见故障提出解决方案，总结出较为合理的安全检查程序。
希望能对舵机管理人员有所启迪。
1系统结构及工作原理1.1 主油路和工况选择“通力”轮舵机系统是定量泵阀控型，有三台内齿轮泵和三个三位四通电磁阀组成动力和换向单元，其中第三组为备用泵组。
一、二两个泵组与各自的集成阀块一起，分别与转舵油缸C1、C2、C3、C4和回油柜组成两个独立工作的开式系统。
联通阀B1、B2、B3、B4联通油缸C1、C2、C3、C4。
联通阀全开时，使C1、C3和C2、C4各成一组，分别和主泵和两个油路相通。
通常航行时单一组主泵向两组（四缸）供油转舵，其流量既能满足在28s内将舵由任一舷35°转至另一舷30°的要求，并能达到额定的转舵扭矩。
进出港或窄水道时可开双泵并联工作，扭矩不变，转舵速度可提高一倍[1]。
系统中还设有第三泵组作为备用泵组，当某一泵组出现故障时便可以通过阀ABC的开关实现备用泵组与故障泵组的切换。
泵组系统为开式系统，避免了补油问题也解决了液压油散热问题，通过各自图2 “通力轮”轮舵机液压系统图的回油柜进行补油散热，在回路进油柜处安有滤器过滤回油，且并联一单向阀避免滤器堵塞引起回路油压过高引起转舵困难。
液压舵机原理
液压舵机是一种利用液压原理来控制舵面运动的装置，它在航空、航海、汽车等领域都有着广泛的应用。
液压舵机的工作原理主要是利用液压系统的压力来控制舵面的运动，从而实现飞行器或者船舶的姿态控制。
下面我们将详细介绍液压舵机的工作原理。
首先，液压舵机的工作原理基于液压传动。
液压传动是利用液体传递能量的一种传动方式，它通过液体在密闭管路中传递压力来实现机械运动。
在液压舵机中，液压系统通过液压泵将液体压力传递到液压缸中，从而驱动舵面的运动。
液压传动具有传递力矩大、传动距离远、传动速度可调等优点，因此在舵机中得到了广泛的应用。
其次，液压舵机的工作原理还涉及到液压控制。
液压控制是通过改变液压系统中的压力、流量和方向来实现对机械运动的控制。
在液压舵机中，通过控制液压缸内的液压阀门来改变液体的流向和压力，从而控制舵面的运动。
液压控制具有响应速度快、控制精度高等优点，能够满足对舵面运动的精确控制要求。
最后，液压舵机的工作原理还涉及到液压系统的辅助装置。
液
压系统通常包括液压油箱、液压泵、液压缸、液压阀门等组件，它
们共同构成了一个完整的液压传动系统。
在液压舵机中，这些辅助
装置起着至关重要的作用，它们保证了液压系统的正常运行，从而
保障了舵机的正常工作。
总的来说，液压舵机的工作原理是基于液压传动和液压控制的，通过液压系统的压力传递和控制来实现舵面的运动。
液压舵机具有
传动力矩大、控制精度高、响应速度快等优点，因此在航空、航海
等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者能够对液压
舵机的工作原理有一个更加深入的了解。
舵机液压系统产生故障原因分析摘要：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。
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。
本文中就针对相对常见的泵控型液压舵机为例，对液压系统失效原因，进行分析并对可能出现的故障点进行故障排除。
关键词：舵机；大甲板机械；故障排除引言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。
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。
1.舵机液压系统产生故障原因分析1.1液压系统常见故障类型根据液压油流向变换方法的不同，液压舵机分为泵控型液压舵机和阀控型液压舵机。
其液压系统都是由动力元件液压泵、控制元件、执行元件、辅助元件、工作介质液压油等五部分组成。
液压舵机是在海上进行使用，由于受到使用环境的限制，舵机液压系统故障不容易进行检测，也比较难以发现，同时出现故障的类型又呈现多样化。
因此要对舵机在使用过程中液压系统容易出现的故障进行统计和分析，找出产生各种故障之间内在的共同因素，总结出容易出现以下比较常见的几种故障类型。
1.1.1异常振动和响声当液压系统出现故障时，往往表现为产生异常的振动和响声。
当舵机运行过程中出现异常的振动和响声，很大可能是液压系统中某一个环节出现了故障。
图1 舵机液压系统示意图1.1.2液压系统液压油压力不足或压力波动较大液压系统中液压油的压力决定了执行元件液压缸输出的推力的大小。
液压油压力不足或没有压力都将难以驱动舵叶转动，从而不足以产生足够的转船图2 舵机液压系统压力不足或压力波动较大系统原因示意图1.1.3液压油流量不稳定液压系统中液压油的流量决定了执行元件液压缸移动的速度。
舵机液压锁原理一、引言舵机液压锁是飞机上的重要部件之一，它可以控制飞机的方向和姿态。
在飞行中，舵机液压锁可以保证飞机的稳定性和安全性。
本文将详细介绍舵机液压锁的原理。
二、舵机液压锁的定义舵机液压锁是一种用于控制飞机方向和姿态的装置。
它由电动泵、油箱、油管、阀门、缸体以及活塞等部件组成。
当驾驶员操作操纵杆时，电动泵会将油液送入缸体中，从而推动活塞运动，进而控制飞机的方向和姿态。
三、舵机液压锁的工作原理1. 液压系统舵机液压锁是基于液压系统工作原理来实现控制飞行器方向和姿态。
其主要由两个部分组成：一个是推力杆；另一个是缸体。
2. 电动泵电动泵是整个系统中最关键的部分之一。
它可以将油液从油箱中吸出，并通过管道输送到缸体中。
在这个过程中，电动泵需要消耗一定的电能，因此需要配备适当的电源。
3. 液压油箱液压油箱是储存液压油的地方。
它通常位于飞机的后部，可以容纳足够多的液压油，以满足整个系统的需求。
在工作过程中，油箱需要保持一定的温度和压力，以确保系统正常运行。
4. 液压管道液压管道是将液压油从油箱输送到缸体中的管道。
它们通常由高强度材料制成，并经过特殊处理以防止泄漏和腐蚀。
5. 缸体和活塞缸体和活塞是舵机液压锁中最重要的部分之一。
缸体通常由铝合金制成，并且具有优良的耐腐蚀性能。
活塞则可以根据需要进行设计，并且可以通过操作操纵杆来控制其运动。
6. 阀门阀门是控制舵机液压锁运行状态的关键部件之一。
它们可以控制液压系统中液体流动方向、速度和流量等参数，并确保整个系统正常运行。
四、舵机液压锁的应用舵机液压锁广泛应用于飞机、直升机和其他航空器中。
它们可以控制飞行器的方向和姿态，确保飞行器在空中保持平稳和稳定。
此外，舵机液压锁还可以用于军事领域，以控制战斗机、轰炸机和其他军用飞行器的方向和姿态。
五、总结舵机液压锁是一种重要的控制装置，它可以控制飞行器的方向和姿态。
其工作原理基于液压系统，由电动泵、油箱、油管、阀门、缸体以及活塞等部件组成。
液压舵机原理液压舵机是一种利用液压力来传递力和控制机械装置的设备。
它的工作原理基于液压力的传递和控制，通过液体的压力来实现力的放大和方向的控制。
液压舵机广泛应用于工业、航空、航天等领域，具有重要的作用。
液压舵机由液压系统、驱动部件和控制部件组成。
液压系统包括液压泵、液压油箱、液压缸等。
液压泵起到将液压油从油箱抽出并提供压力的作用，液压油通过液压管路传递到液压缸中。
驱动部件是液压舵机的核心部件，它通过接收液压力来产生力矩，实现力的放大。
控制部件则负责控制液压舵机的运行状态，使其按照预定的要求进行工作。
液压舵机的工作原理是基于液体的不可压缩性和液体的传递力。
当液压泵提供压力时，液压油被推送到液压缸中，液压缸的活塞受到液压力的作用而产生位移，进而带动连接在活塞上的杆头或者其他装置运动。
由于液压油的不可压缩性，液压力可以在液压系统中传递，并且可以通过液压缸的活塞面积差异来放大力。
通过控制液压泵的输出压力和液压缸的活塞面积，可以实现对液压舵机的力和速度的控制。
液压舵机具有以下几个特点：1. 力矩放大：液压舵机利用液压力的传递和液压缸的活塞面积差异实现对力的放大，从而可以承受更大的负载。
2. 灵活性：液压舵机的输出力矩和速度可以通过控制液压泵的输出压力和液压缸的活塞面积来调节，具有较高的灵活性。
3. 精度高：液压舵机可以实现较高的位置和速度控制精度，适用于需要精确控制的场合。
4. 可靠性强：液压舵机的结构简单，使用寿命长，且不容易受到外界环境的影响。
液压舵机的应用范围广泛，例如在工业机械中用于控制各种机械装置的运动，提高生产效率和产品质量；在航空航天领域用于控制飞机的姿态和飞行控制；在汽车工业中用于汽车转向系统等。
液压舵机的优点在于能够实现高效的力传递和控制，适用于各种复杂的工况和环境。
总结起来，液压舵机是一种利用液压力来传递力和控制机械装置的设备。
它的工作原理基于液压力的传递和控制，通过液体的压力来实现力的放大和方向的控制。
摘要本文主要研究一个由液压系统驱动的舵系统，描述了舵系统的基本结构和工作原理；对气动舵系统各组成部分进行了分析，建立了全参数舵系统工程仿真模型，并对整个舵系统数学模型进行了仿真研究。
通过研究该模型可以方便的分析各个参数对舵系统性能的影响，有利于改善系统的静、动态性能，对气动舵系统的研究有重要意义。
并设计控制器，使得系统的输出快速准确地跟踪制导指令信号，应用Matlab编程语言进行仿真。
关键词：Matlab;Simulink;液压;仿真;建模;气动舵系统第一章绪论1.1课题的来源和意义本学期，上过《导弹制导与控制系统原理》之后，为了更加的了解这门课，选了关于舵系统的一部分内容进行设计。
通过本课程的设计，能了解运用目标探测与识别，惯性导航，飞行器制导与控制等相关专业课程中的基本理论和实践知识，正确地解决探测制导与控制系统中的舵系统设计等问题。
1.2舵机和舵系统的分类1.2.1舵机的分类根据不同的分类标准，可对舵机进行不同的分类。
按照所采用能源不同，舵机可分为以下三类：电动式舵机、气压式舵机、液压式舵机。
不管那种类型的舵机，都必须包含能源和作动装置，能源或为电池或为高压气源（液压）。
对于电动式舵机，其作动装置由电动机和齿轮传动装置组成；对于气压或液压式舵机，其作动装置由电磁铁、气动放大器和气缸或液压放大器、液动缸等组成。
1、电动式舵机电动式舵机又可分为电磁式和电动式两种。
电磁式舵机实际上就是一个电磁机构，其特点是外形尺寸小，结构简单，快速性好，但这种舵机的功率小，一般用于小型导弹上。
电动式舵机以交流和直流电动机作为动力源，所以它可以输出较大功率，它具有结构简单、制造方便的优点，但是快速性差。
2、气压式舵机按气源的种类不同，气压式舵机分为冷气式和燃气式两种。
冷气式舵机采用高压冷气瓶中储藏的高压空气或氦气作为气源，来操纵舵面的运动。
通常空气压力为15.20MPa，氦气可达49.65MPa。
燃气式舵机采用固体燃料燃烧后所产生的气体作为气源，来操纵舵面的运动。
气压式舵机一般用于发行时间短的导弹。
3、液压式舵机液压式舵机以液压油储存在油瓶中，并充有高压气体，给油加压。
液压式舵机有体积小、质量轻、功率大、快速性能好的优点，其缺点是液体的性能受外场环境条件的影响较大，加工精度要求高，成本大。
目前，液压式舵机常用于中远程导弹。
1.2.2舵系统的分类防空导弹舵系统的种类很多，通常有如下的分类法：1、按执行机构的能源舵系统可分为：液压舵系统、气压舵系统、燃气舵系统、电动舵系统。
其中燃气舵系统也可归类为气压舵系统，即气压舵系统包括冷气和燃气两种。
液压舵系统的优点是，体积小，比功率（单位质量的功率）大，频带宽，快速性好，负载刚度高。
缺点是，作为执行机构的液压舵机（特别是伺服阀）加工复杂，成本昂贵，对污染敏感，系统维护费用高。
液压舵系统多用于中、远程防空导弹上。
气压舵系统具有结构简单、造价低廉、消耗弹上能源少，对污染不甚敏感的优点。
缺点是负载刚度低，频带窄，快速性差。
目前采用提高气源压力，改进关键件的结构设计和改进密封方法，以及改进制造工艺等，可使快速性和负载刚度都有明显的提高。
气压舵系统多用于中程防空导弹上，也是用于远程的。
燃气舵系统具有质量轻，快速性好，体积小和成本低的优点。
但燃气舵机的电磁机构在高温和燃气的污染下，工作寿命短。
因此，这种舵系统只适合于近程小型防空导弹应用。
电动舵系统的执行元件通常为直流伺服电动机。
电动舵系统的突出优点是能源单一，结构简单，工艺性好，可靠性高，使用维护方便，成本低廉。
特别近十年来电动机的性能有了突飞猛进的发展，在快速性、负载刚度、温升等方面都比以前有明显的改善，因而在战术导弹中又受到广泛的注意。
电动舵系统多用于近程小型防空导弹。
2、按反馈形式舵系统可分为位置反馈舵系统，速度反馈舵系统，气动铰链力矩反馈舵系统，开路工作状态舵系统等。
3、按差动形式舵系统可分为机械差动舵系统和电差动舵系统等。
1.3 舵系统设计的要求1.3.1舵系统设计一般要求1、应满足控制系统提出的最大舵偏角和空载最大舵偏角速度的要求2、应能输出足够大的操纵力和操纵力矩，以适应外界负载的变化，并且在最大气动铰链力矩状态下，应具有一定的舵偏角速度队舵面的反操纵作用，应具有有效的制动能力，或称刹车能应具有足够的带宽，以满足弹上飞行控制系统的需要：体积小、质量轻、比功率大、成本低、可靠性高及便于维护。
1.3.2设计中应该考虑的问题除以上一般要求外，随着驾驶仪的不同，以及导弹的战术技术指标的不同，舵系统设计中应该考虑问题的侧重面也就不同。
在具体设计中应有针对性。
设计中常常遇到下述问题需要解决。
1、采用哪些类型的舵系统最为有利？这取决于对舵系统的具体要求；弹上提供的能源类型，执行机构在弹上布局的空间大小；可供选择的执行元件系列；国内生产水平和工艺水准；产品的继承性。
2、采用哪种反馈形式？反馈从何处引入？对中、远程防空导弹，通常采用液压或气压舵系统，而且均采用位置反馈。
对近程防空导弹，多采用电动舵系统或燃气舵系统，反馈方式常采用舵偏速度反馈，或气动铰链力矩反馈，或者舵面做成特殊形状，不用反馈，开路工作。
反馈从何处引出比较合理，也值得注意，从图2-1可以看出，对中、远程防空导弹，由于操纵机构（包括舵面）惯量大、刚度低，属于阻尼很小（05.0≈ch ζ），固有频率较低（Hz f ch 40≈）的二阶环节，同时还有明显的非线性（如间隙特性）。
如果直接采用舵偏角反馈（即图2-1中2,3接通），则操纵机构这个环节包入舵系统内，这样要设计一个性能良好、快速性高的舵系统就十分困难。
相反如果采用舵机连杆位移X 的位置反馈（即图2-1中1,3接通），操纵机构不包括在舵系统内，则能很方便地设计出性能优良的快速舵系统。
综合放大器舵机操纵机构图2-1舵系统反馈系统3、如何克服系统中出现的有害的自振？又如何人为地设计有益的自振，实现振荡线性化？中远程导弹上，通常采用具有位置反馈的舵系统。
为了减少能源的消耗，机构的磨损，以及为了操作、维护方便，一般都不希望舵系统产生自振，因此在设计阶段就要注意此问题。
对于气压舵系统来说，采用增加舵机气动射流放大器喷嘴的阻尼作用，是克服气压舵系统自振的有效措施之一。
在低空和超低空防空导弹上，通常采用继电式电动舵系统，是为了实现按脉冲调宽原理工作，人为地把舵系统设计成具有稳定自振，进行振荡线性化。
在这类舵系统中，如何选择自振频率和振幅是关键问题。
因此，对自振这种物理现象，不应一概持否定态度，要看在什么场合，具体分析它的利弊。
第二章 舵系统的工作原理控制导弹舵面或副翼偏转的伺服系统，通称舵系统。
舵系统是自动驾驶的一个重要环节，属于惯性大、功率强和非线性因素比较明显的一个复杂环节。
它对自动驾驶的性能，有重大影响。
对于液压舵系统的工作原理，如图（4-1）。
图4-1 液压舵系统原理方框图系统由综合放大器、液压舵机及反馈电路组成。
综合放大器的作用是对输入信号i μ和反馈信号fk μ进行比较，产生误差信号μ∆，并进行电压放大和功率放大，给电液伺服阀的力矩马达绕组输送差动电流I ∆。
液压舵机由电液伺服阀、作动筒以及反馈电位计组成（见图4—2）。
电液伺服阀中带永久磁铁的极化式力矩马达与双喷嘴挡板构成前置放大级，二级采用力反馈式液压滑阀放大器。
图4-2 液压舵机工作原理1-控制线圈； 2-导磁体， 3-弹簧管： 4-磁钢； 5-衔铁； 6-挡板； 7-喷嘴， 8-反馈杆： 9-滑阀； 10-固定节流孔； 11-阀体， 12-油阻尼孔； 13-油滤； 14-作动筒， 15-活塞杆（连杆）； 16-反馈电位计； 17-回油； 18-进油。
作动筒采用双向作用的直线位移式作动筒。
液体流量是与作动筒活塞线速度成正比。
活塞的直线往复运动通过操纵机构变成舵面的旋转运动。
反馈电位计装在作动筒内，电刷由舵机的活塞杆（以下称连杆）带动，与活塞线位移成正比的反馈电位计输出信号fk u 在综合放大器中与输入信号i u 进行综合。
当0=i u 时，综合放大器输出的差动电流021=-=∆i i I ，力矩马达的衔铁不偏转，挡板处于中立位置，两喷嘴腔中压力相等，即p p p p 21=： 阀芯两端作用的压力相等。
阀芯处于零位（即滑阀开度为零）。
因此输出流量0=Q ，作动筒中，活塞两端压差为零，即021==p p ，于是活塞不动，0=fk u 。
当0>i u 时，021>-=∆i i I ，假定差动电流I ∆在力矩马达控制线圈中产生的磁通久的方向如图4—2所示，在气隙a ，d 中，c φ与永久磁铁磁通p φ方向相反，因而互相消弱的；在气隙c ，b 中c φ与p φ同向，因而相互加强。
合力矩使衔铁绕回转中心（弹簧管的中心）逆时针转一个角度，使右喷嘴与挡板的间隙减小，左喷嘴与挡板的间隙增加，于是p p p p 12≥，滑阀左移，高压油进入作动筒左腔，活塞上压差为021≥-=∆p p p ，推动活塞右移，使舵面偏转。
滑阀左移的同时，推动反馈杆顺时针旋转，衔铁以顺时针方向力矩与信号力矩平衡，此时滑阀左边的开口量与信号成正比，而进入作动筒的流量又与滑阀开口量成正比;在活塞右移的同时，由反馈电位计输出一个与连杆位移成正比的反馈信号fk u ，当0=-=∆fk i u u u 时，0=∆I ，在力反馈的作用下，衔铁回到中立位置，从而使滑阀回到中立位置，于是活塞就不再移动。
舵面偏转一个与0>i u 相对应的正角度。
同理，当均0<i u 时，过程相反，舵面偏转一个与0<i u 相对应的负角度 。
第三章 系统数学模型3.1舵系统数学模型由于不同舵系统的具体结构和控制方法各异，但工作原理大致相同，现在介绍液压舵系统为例，说明工作原理，该系统由综合放大器，液压舵机及反馈电路组成。
各系统的传递函数设计如下：综合放大器——Kz舵机——电位反馈器——操纵系统——开环传递函数——闭环传递函数——3.2舵系统数学模型参数选择根据液压舵机结构工作原理和全负载状态下的舵机框图，可得到全负载（惯性负载，黏性负载，弹性负载，摩擦负载共同作用）状态下的液压舵机传递函数。
显然，全负载舵机的动态特性通常可以用比例环节，纯迟后缓解和二阶振荡环节。
惯性负载状态的舵机传递函数为(3-1) 1+-s T e K dj s dj τ1+s T K fk fk 1222++S T S T K ch Ch ch ch ξ)1)(1(++-s T S T S e K K K fk dj s dj fk Z τ12)1(22+++TS S T S T K fk ξ)1)(1(++s T S T S K dj s dj式中，同理，式(4-1)可化为：(3-2)可见，在惯性负载下，舵机的动态特性可用比例，积分，惯性和纯迟后四个环节来描述。
