分罗经式操舵模拟台

摘要

本发明涉及一种分罗经式操舵模拟台，包括分罗经和操舵模拟台。其特征是操舵模拟台由操舵信号采样接口电路，舵角指示电路、船舶操纵运动方向模拟电路、分罗经驱动电路、干扰电路和辅助电源电路组成。该模拟台还设有回旋角速度显示电路和开关显示电路，通过模拟开关的选择，可实现复杂的船舶操纵转首操舵响应。本操舵模拟台性能逼真，操作方便，价格低廉，适用于学员和船员上岗基本操作技能训练，也可作为港监及其他船舶驾驶考核的测试仪器。

说明书

本发明涉及一种分罗经式操舵模拟台。

近年来，船舶操舵、操纵模拟器作为一种航海教学器具日益受到重视。目前，以国外引进的雷达模拟器、操纵模拟器价格昂贵，维修保养困难，並受到使用场地的限制，而国内生产的操舵模拟器，有些结构复杂，价格偏高，使用不便;有些功能不全、维修困难，不能普及。采用计算机控制模拟器，通过更改软件的方法，方便地模拟各种船舵的操作性能。但结构复杂，受环境影响较大，价格贵，维修也困难。

本发明目的在于克服现有操舵模拟器的上述缺陷，提供一种价格低廉、使用方便、易于维修的适用于教学基本训练要求的操舵模拟器。

本发明的技术解决方案：采用模拟电路，实现复杂的船舶操纵转首操舵响应。通过船型、装载、水深、水流的按键选择，模拟常见的船舶操作训练功能。适用于海运、河运大中专院校及海军训练使用。

本操舵模拟器是单功能模拟器，主要模拟船体对转首的操舵响应。该操舵模拟器主要包括分罗经和操舵模拟台，操舵模拟台由操舵信号采样接口电路、舵角指示电路、船舶操纵运动方程模拟电路、分罗经驱动电路、干扰电路和辅助电源电路组成。操舵信号采样接口电路的输出端接舵角指示电路的输入端。舵角指示电路的输出端接船舶操纵运动方程模拟电路的输入端，船舶操纵运动方程模拟电路的输出端接分罗经驱动电路的输入端，分罗经驱动电路输出端接分罗经传动电机，干扰电路的输出端接船舶操纵运动方程模拟电路。下面结合实施例及其附图对本实用新型的技术内容作进一步说明。

图1是实施例操纵模拟台的具有应急舵和随动舵的操舵信号采样接口电路的电原理图。

图2是实施例操舵模拟台的舵角指示电路的电原理图。

图3是实施例操舵模拟台的船舶操纵运动方程模拟电路的电原理图。

图4是实施例操舵模拟台的分罗经驱动电路的电原理图。

图5是实施例操舵模拟台的干扰电路的电原理图。

图6是实施例操舵模拟台的回旋角速度显示电路原理图。

图7是实施例操舵模拟台的开关显示电路的电原理图。

图8是实施例操舵模拟台的电源电路的电原理图。

如图1所示，操舵信号采样接口电路由随动舵对称电路、应急舵对称电路、手动操舵和应急操舵转换开关K₁、应急舵手柄开关K₂、放大器A₁和电容C₁组成。手轮操舵采样电位器W₁、等值电阻R₁、R₂组成随动舵对称电路。采样电位器选用WDD35。手轮操舵时，采样电位器W₁也随之转动，其中心轴头处得到一个和手轮操舵所指示舵角成正比例的电压。实施例舵角0°时。中心轴头电压为0伏;左35°时为正满舵，中心抽头电压设定+3.5伏;右35°时为负满舵。中心抽头电压设定-3.5伏。转换开关选用KZI²/Z2，按下开关时为手柄操舵。未按下时为手轮操舵。应急舵手柄开关选用LW95-B0645/3，由二组常开触点和中间一组常闭触点组成。当开关手柄板向左（或右）舵K₂-1一组常开触点接通。这时分别在R₃-R₆组成的应急舵对称电路上取出满舵电压+3.5或-3.5伏加在放大器A₁的正输入端上。电容C₁的作用是当手柄回到“停”的位置，使A₁正输入端仍保持舵角表所需要的电压。因为舵角表电压在手柄操舵时通过电阻R₇。开关K_2-2向电容C₁充电。放大器A₁的输出端接舵角指示电路中开环比较器A₄的负输入端。

如图2所示，舵角指示电路由积分运算器A₃、开环比较器A₄、箝位器（D₁、D₂）和舵角表V组成。箝位器并接在开环比较器A₄的输出端。A₄的输出端接积分运算器A₃的输入端。A₃的输出端分别接舵角表V和A₄的输入端。积分运算器A₃是对输入一个阶跃信号后进行积分运算。输出对输入是一个积分关系。改变R₈或C₂，可调节积分时间常数。实施例舵角表用±7.5伏广角电压表改制。当采样接口电路的输出信号输入开环比较器A₄负输入端后，如果A₄正输入端电压低于A₄负输入端电压，比较后，其输出电压使二极管D₂箝位在-0.7伏左右，该电压通过R₈向C₂充电，使积分运算器A₃输出端电压逐渐上升，直至和开环比较器A₄负输入端电压相等，甚至超过。这时通过R₁₀使D₁箝位在+0.7伏左右。这时C₂放电。周而复始，开环比较器A₄的U处电压在+0.7伏与-0.7伏之间翻转。该动态平衡使A₃输出端一直保持在和A₄负输入端相等的电位。积分运算器A₃的输出电压使舵角表V指示相应舵角，直至下一个操舵信号送入开环比较器A₄的输入端。舵角表再指示相应舵角。图中，反相比较放大器A₅和发光二极管D₃、D₄、三极管T₁、T₂组成的指示电路用作左舵和右舵指示。A₅的负输入端接A₃的输出端（即舵角表电压）和开关K_2-2。当出现舵角时，舵角表电压（左舵为正，右舵为负）通过A₅，分别点亮左舵灯D₃和右舵灯D₄，用舵灯指示舵角位置可避免操反舵失误。

如图3所示，实施例船舶操纵运动方程模拟电路由反相放大器A₂、跟随器A₆、全加器A₇和一组模拟开关K₃、K₄、K₅、K₆组成。模拟开关的数量设置视模拟功能而定。本实施例为四个，其中K₃为船型开关、K₄为装载开关、K₅为水流开关、K₆为水深开关、各模拟开关的一组触头K_n-1（如图中K_3-1、K_4-1、K_5-1、K_6-1）的中心端接一个电容C₃。A₂的输出端信号经过电阻R₁₃、R₁₄（可变电阻）向电容C₃充电。模拟开关按下越多。接通的电容越多。则时间常数越大。调节R₁₄也能调节时间常数。A₂的输出端通过由电阻R₁₃、R₁₄和C₃组成的微分电路接到跟随器A₆的正输入端。即A₆的正输入端电压呈阻容过渡过程。成为一阶微分方程。不同的RC值决定达到相应稳值所需要延滞时间，即追随时间。这样就可以模拟船舵操纵运动方程TY-Y＝KS（t）的T值。根据放大电路的特征，跟随器A₆输出端电压也为一阶微分方程。输出的信号和干扰电路输出的信号一起接入全加器A₇输入端。全加器A₇的输出端接有一组反馈电阻R₁₂。並由模拟开关另一组触头K_3-3、K_4-3K_5-3、K_6-3控制。调节反馈电阻值，得到不同的放大倍数。这样可得到所需要的稳定值，即稳定旋回角速度。从而决定了船舶操舵运动方程的K值。通过上述分析，可以得出，通过模拟开关K₃-K₆₀的控制。可模拟不同实验状态下的（不同的船型、装载、水深、水流）的K、T值，即不同的舵角响应。全加器A₇的输出端分别接到分罗经驱动电路和回旋角速度显示电路。简易的操纵台不设回旋角速度显示机构。则可省略。

分罗经驱动电路由零点漂移调节器A₁₀和功率放大器A₁₁组成。零点漂移调节器由放大倍数为1的放大器A₁₀和调整电位器R₂₂组成，船舶操纵运动方程模拟电路的全加器A₇输出端接到放大器A₁₀的负输入端。调整电位器R₂₂，可使舵角为0°时，A₁₀输出为零。放大器A₁₀的输出端（即零点漂移调节器的输出端）接功率放大器A₁₁的负输入端。经放大驱动分罗经电机。实施例分罗经电机选用12伏录放电机或倒带电机。为了提高小舵角的灵敏度，跨过不可避免的电机“死区”。本实施例在船舶操纵运动方程模拟电路的全加器A₇输出端和零点漂移调节器（A₁₀）之间设置一个舵效灵敏度电路。它由反相比例放大器A₈、A，和箝位器（D₅、D₆）组成。A₈的负输入端与A₇的输出端连接。A₈的输出端接A₉的负输入端，箝位器（D₅、D₆）并接在A₉的负输入端，A₉的输出端接放大器A₁₀的负输入端。该电路使得小舵角信号能跨过电机“死区”以确保驱动电机按船首响应运转。该电路输出电压按负载要求设定。本实施例为1.4伏。

如图5所示，干扰电路是一组由不同振荡频率的振荡器和箝位器组成的电路。实施例为4个振荡器和箝位电路。图5画出2个。A₁₂-A₁₃分别为不同振荡频率的振荡器。各箝位器（D₇、D₈）并接在振荡器的输出端。输出的波形为矩形波。几个不同振荡频率的振荡器输出的信号（波形）叠加后形成一个杂乱无章的干扰波（随机波）。该干扰波通过计算机显示分析后认为完全可以模拟海上环境时船舶动态影响。干扰信号经放大器A₁₆放大后输入到船舶操纵运动方程模拟电路的全加器A₇负输入端。图中二极管D₁₁、D₁₂和开关K₇、K₈组成旁路器。当需要单舷受影响时。按下K₇或K₈。正值波或负值波分别通过二极管D₁₁、D₁₂旁路来完成。

如图6所示，回旋角速度显示电路由放大器A₁₇、显示驱动电路（SF3914）和发光二极管组成。为了简化电路仅对角速度量值显示。故显示电路输入信号取绝对值。放大器A₁₇的正输入端通过一个正向二极管D₁₄与全加器A₇的输出端连接。放大器A₁₇的负输入端通过一个反向二极管D₁₃与全加器A₇的输出端连接。A₇的输出正信号通过A₁₄送入A₁₇的正输入端，输出为正信号;负信号通过D₁₃送入A₁₇的负输入端。输出也为正信号。A₁₇的输出电压经显示驱动电路，驱动发光二极管。实施例由10个发光二极管组成。调整反馈电位器W₂使相应的发光二极管发光。以显示回旋角速度。

如图7所示，开关显示电路由开关K₃-K₁₀的另一组触头来控制相应的发光二极管，以反映某一实验状况的工作状态。由于K₃-K₆未按或按下都表示某一工作状态，实施例采用双色发光二极管。

辅助电源，如图8所示，是提供各工作电路相应的电压。本文不再论述。

本分罗经式操舵模拟台可模拟常见的5千吨级、1万吨级、轻载、满载;深水区、浅水区;顺流、逆流状态共16种实验状态和风流压影响。经验证，性能逼真、坚固耐用、操作方便、价格低廉。适用于学员和船员上岗的基本操作技能训练，也可作为港监及其他船舶驾驶考核的测试仪器。