BÀI GIẢNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TÀU THỦY 1

Chơng I Hệ thống lái tự động tàu thuỷ
1.1. Chức năng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái:
1.1.1 Khái niệm
Trên tàu thuỷ hệ thống lái là một hệ thống đặc biệt quan trọng. Nó đảm nhiệm
chức năng ổn định con tàu theo hớng đi cho trớc, nhanh chóng thay đổi hớng đi
của tàu theo hớng đi đã đặt, điều động tàu khi ra vào cảng, luồng lạch,
Với tải trọng định mức, hệ thống lái phải làm việc an toàn, tin cậy trong mọi điều
kiện thời tiết và khí hậu. Ngoài việc giữ cho con tàu đi đúng hớng, hệ thống lái
còn phải đảm bảo cho tàu đi theo một con đòng gần nhất và thời gian hành trình
đợc rút ngắn. Nếu hệ thống lái đợc thực hiện tốt những chức năng trên thì hiệu
quả kinh tế trong vận chuyển hàng hoá sẽ đợc tăng cao, con ngời và thiết bị trên
tàu sẽ đợc đảm bảo an toàn. Ngợc lại nếu hệ thống không đáp ứng đầy đủ những
chức năng đó thì nó có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng làm thiệt hại đến
hàng hoá trên tàu và tính mạng của thuyền viên.
Hiện nay nhờ việc ứng dụng những thành tựu của khoa học và công nghệ hiện
đại, các hãng sản xuất đã liên tục cải tiến hệ thống lái để nó luôn thích ứng đợc
với những yêu cầu cao hơn đợc đặt ra. Những hệ thống lái này có thể hoạt động
dài ngày trên biển với độ tin cậy lớn trong điều kiện khắc nghiệt của môi trờng.
Đó là các lái tự động hành trình theo quĩ đạo, tự thích nghi, tối u, kinh tế Nó có
kết cấu gọn nhẹ, điều khiển đơn giản và tính kinh tế cao
1.1.2. Yêu cầu:
1.1.2.1. Điều kiện làm việc của hệ thống lái:
Môi trờng hoạt động của con tàu là trên biển lên các hệ thống nói chung và hệ
thống lái nói riêng hoạt động trong điều kiện hết sức khắc nghiệt:
- Sự thay đổi nhiệt độ môi trờng là rất lớn, có vùng lạnh -30
0
C, có vùng nóng hơn
45
0
C. Điều này ảnh hởng rất lớn đến đièu kiện toả nhiệt cũng nh khả năng công
tác của hệ thống.

- Độ ẩm môi trờng dao động lớn 80% ữ 90% Độ ăn mòn đối với thiết bị lớn vì
môi trờng biển có nồng độ muối rất cao.
- Các thiết bị trên tàu chịu sự rung lắc lớn, biên độ lắc ngang 22
0
với chu kỳ 8 ữ
22s, biên độ lắc dọc đến 10
0
với chu kỳ dao động 6 ữ 10s.
Với những điều kiện trên để đảm bảo hiệu quả kinh tế, độ an toàn cho tàu và ngời
vận hành thì hệ thống lái phải đợc chế tạo chắc chắn, kết cấu gọn nhẹ, dễ lắp đặt,
hoạt động một cách tin cậy, dễ dàng sửa chữa, bảo dỡng và thay thế, vận hành
khai thác đơn giản, an toàn.
1.1.2.2. Yêu cầu khai thác:
1. - Hệ thống điều khiển cho phép chỉnh định các thông số khi điều kiện khai thác
của tàu thay đổi để đáp ứng đợc yêu cầu về chất lợng và an toàn của hệ thống.
Trong chế độ tự động phải giữ cho con tàu chuyển động theo hớng đi cho trớc với
tốc độ chính xác 1
0
trong điều kiện vận tốc của tàu V
t
6 hải lý/h và
không phục thuộc vào trạng thái mặt biển cũng nh trọng tải thực của tàu.
=
0
-
tb
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh
1

tb

=
n
n
1
i


(n 30 lần trong 2 hải lý) : sai số trung bình
2. Biên độ dao động trung bình của con tàu so với hớng đi cho trớc không vợt quá
1
0
khi sóng biển không quá cấp 3 và tốc độ tàu V
t
6 Hlý/h và không vợt quá từ
2 3
0
khi sóng biển không quá cấp 6. Khi sóng biển quá cấp 6 biên độ dao
động trung bình 4 ữ 5
0
.
3. HT lái tự động phải đảm bảo có thể thay đổi hớng đi của con tàu. Trong quá
trình thay đổi đó ta phải thay đổi từ từ, mỗi lần chỉ thay đổi khoảng không quá
10% tổng giá trị thay đổi hớng đi. Thực tế thay đổi khoảng 5
0
một lần, tránh xảy
ra lật tàu. Với tàu chở chất lỏng, chở nớc sự hớng đi phụ thuộc vào tốc độ góc cho
phép.
4 HT có khả năng cho pháp chỉnh định các thống số của ht khi chế độ chuyển
động của con tàu và điều kiện trạng thái mặt biển thay đổi để đảm bảo chất lợng
an toàn cho ht.

5. HT phải đảm bảo có thể điều khiển đợc ở 3 chế độ lái
+ Lái đơn giản dùng khi có sự cố
+ Lái lặp (truy theo) dùng khi tàu điều động ra vào biến và thay đổi hớng đi.
+ Lái tự động (ổn định hớng đi) dùng cho tàu khi hành trình trên biển.
6. HT phải đảm bảo thuận lợi khi khai thác chỉ có một ngời phải có tín hiệu báo
động khi khai thác bằng đèn và còi: mất nguồn la bàn, mất nguồn máy lái, ht lái
quá tải, lệch hớng đi quá góc cho phép
7. Hệ thống hoạt động an toàn, hoàn thành mọi chức năng quy định khi tàu lắc
ngang 22
0
chu kỳ 8 ữ 22s hoặc chúi dọc 10
0
chu kỳ 6 ữ 10s, chịu đợc rung có tần
số 5 ữ 30 Hz, biên độ 0,3 ữ 3,5 mm. Hệ thống đảm bảo độ chính xác cho trớc khi
nhiệt độ môi trờng thay đổi trong khoảng -10 ữ +50
0
. độ ẩm 90 - 95%.
8. Tất cả các phần về mạch điện của ht phải có bảo vệ ngắn mạch.
1.1.2.3. Yêu cầu về cấu trúc
1. Cấu trúc các khí cụ và các phản ứng của ht thì phải có khả năng l/v tin cậy
trong thời gian ít nhất là 10 năm. Trong thời gian đó phải đảm bảo các yêu cầu về
khai thác đã nêu ở trên, phải chịu đợc thử thách về cơ học, thời tiết
2. Cấu trúc các phân tử phải đơn giản, thuận tiện, an toàn cho việc sửa chữa, bảo
quản. Trụ điều khiển đặt ở buồng lái phải kín nớc, các thiết bị đặt ở buồng máy
lái phải chống nớc (chiếu tia nớc bắn vào).
3. Hoạt động của ht không gây nhiễu đối với thiết bị vô tuyến quá mức cho phép.
4. Thiết bị chỉ thị, chỉnh định cũng nh là các cơ cấu điều khỉên cần bố trí trên bề
mặt trụ điều khiển hay là nơi thuận tiện cho khai thác, bên cạnh phải có biển ghi
chức năng.
5. Trụ điều khiển phải có đèn chiếu sáng riêng ở bảng chia độ, cờng độ sáng có

thể điều chỉnh đợc từ 0 ữ max. Cần có biện pháp đề phòng điện giật đối với ngời
sử dụng khi tháo mở quan sát các thiết bị.
6. Các nắp đậy, các cửa phải đợc mở cửa dễ dàng khi sửa chữa, bảo quản,.
7. Vỏ máy, phải đợc nối đất bảo vệ
8. Các cơ cấu điều khiển, các núm điều chỉnh cần cố định vị.
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh
2
9. Bề mặt khí cụ cần bọc lớp chống rỉ, không cho phép dùng Al hoặc hợp kim Al
để chế tạo các kinh kiện dẫn điện không nên dùng các kim loại dễ nóng chảy
khác.
1.1.3. Phân loại:
1.1.3.1. Phân loại theo hình dạng của bánh lái:
- Hệ thống có bánh lái hình lá có phần bù.
- Hệ thống có bánh lái hình lá không có phần bù.
- Hệ thống có bánh lái dạng (Propin) có phần bù.
- Hệ thống có bánh lái dạng (Propin) không có phần bù.
1.1.3.2. Phân loại theo chế độ công tác của hệ thống:
Hệ thống lái đơn giản:
Là hệ thống mà vị trí của bánh lái không phụ thuộc vào vị trí của tay điều khiển,
bánh lái còn di chuyển khi tay điều khiển còn nằm ngoài vị trí 0. Nó chỉ dừng
khi di chuyển khi tay điều khiển đợc đa về vị trí 0, ngời điều khiển phải thờng
xuyên theo dõi hệ thống chỉ báo góc lái để xác định đợc vị trí thực của bánh lái.
Hệ thống lái lặp:
Là hệ thống trong đó vị trí thực của bánh lái luôn luôn trùng với vị trí thực của tay
điều khiển. Hệ thống chỉ báo góc lái chỉ nhằm giúp con ngời điều khiển kiểm tra
tính chính xác trong hoạt động của hệ thống.
Hệ thống lái tự động:
Là hệ thống có khả năng chỉ cho con tàu đi theo một hớng đi đặt trớc không cần
có sự tác động của con ngời.
* Các hệ thống lái tự động mới hiện nay còn thực hiện các chức năng cao hơn nh

tự thích nghi theo thời tiết nh tự động điều chỉnh các tham số điều khiển, điều
khiển tối u theo nhiên liệu, quảng đờng
1.1.3.3. Phân loại theo dạng năng lợng truyền động:
a. Máy lái điện cơ:
Bánh lái đợc truyền động bởi động cơ điện qua cơ cấu truyền cơ khí.
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh
3
Máy lái điện cơ có cơ cấu truyền dạng dẻ quạt:
Ưu điểm: có hiệu suất cao nhất trong máy lái điện cơ, kết cấu đơn giản.
Nhợc điểm: Có kích thớc lớn, cồng kềnh khó lắp đặt đối với tàu trọng tải lớn.
Máy lái điện cơ có cơ cấu dạng trục vít:
Ưu điểm: Kích thớc gọn nhẹ.
Nhợc điểm: Hiệu suất thấp.
Máy lái điện cơ có cơ cấu truyền dạng xích dây:
Ưu điểm: Kết cấu đơn giản.
Nhợc điểm: Điều khiển nặng nề, quay trở kém, khó lắp đặt.
b. Máy lái Điện - Thuỷ lực:
Máy lái Điện - Thuỷ lực tạo mômen quay bánh lái thực hiện nhờ áp lực dầu tác
động lên piston trong xylanh. Loại này thờng dùng cho tàu trọng tải lớn, khả năng
quay trở lớn, công suất truyền động lớn.
Máy lái điện thuỷ lực với bơm lu lợng không đổi:
Bơm thuỷ lực luôn tạo ra một lu lợng định mức, việc thực hiện bẻ lái bằng cách
điều khiển van điện từ đóng mở đờng dầu cấp vào xylanh thuỷ lực.Ưu điểm: Cho
phép thay đổi đột biến năng lợng cấp cho máy lái, tận dụng công suất thiết bị, tốc
độ bẻ lái nhanh.
Nhợc điểm: Có phần tử rơle làm mất tính tuyến tính của hệ thống, dễ dao động.
Máy lái điện thuỷ lực với bơm lu lợng thay đổi:
Với loại này, khi không có tín hiệu điều khiển thì lu lợng của bơm bằng không.
Điều khiển bánh lái bằng cách điều khiển động cơ điện dịch tâm bơm biến lợng
hình sao tạo ra lu lợng thay đổi tuỳ theo tín hiệu bẻ lái để tác động lên hệ thống

piston-xylanh làm quay bánh lái.
Ưu điểm: hệ thống chỉ chứa các phần tử liên tục, ổn định, độ điều chỉnh láng,
chính xác cao.
Nhợc điểm: Không sử dụng hết công suất của phần tử, khi có tín hiệu điều khiển
bẻ thì thực hiện tác động bẻ lái chậm.
1.1.3.4. Phân loại theo cấu tạo thiết bị điều khiển:
a. Hệ thống lái dùng các phần tử điều khiển điện cơ:
Thiết bị điều khiển có cấu tạo từ những máy điện đặc biệt công suất nhỏ: Sensin,
biến áp quay, máy phát tốc, động cơ dị bộ 2 pha, khuếch đại từ.
Ưu điểm: độ tin cậy cao, chắc chắn, chịu quá tải tốt.
Nhợc điểm: Kích thớc, trọng lợng lớn, khó chính xác.
b. Hệ thống lái dùng các phần tử bán dẫn vi mạch:
Thiết bị điều khiển có cấu tạo từ linh kiện bán dẫn: Transistor, IC
Ưu điểm: Kích thớc nhỏ, trọng lợng bé, công suất tiêu hao ít, độ tin cậy cao,
chính xác, dễ chế tạo thay thế.
Nhợc điểm: Đặc tính công tác phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trờng.
c. Hệ thống lái dùng các bộ vi xử lý:
Trong hệ thống dùng các bộ vi xử lý hoặc máy tính vào làm nhiệm vụ tạo ra bộ
PID số, điều chỉnh thời tiết, hiển thị các thông số cần kiểm tra, thay đổi thông số
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 1 -
cần thiết có u điểm: Chính xác, tiện lợi cho phép nối với máy tính để tạo ra một
mạng điều khiển từ xa và tập trung.
1.1.3.5. Phân loại theo nguyên tắc hoạt động của thiết bị điều khiển:
a. Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc liên tục:
Các phần tử trong hệ thống hoạt động liên tục.
Ưu điểm: Đảm bảo độ láng, độ chính xác cao.
Nhợc điểm: Khi có nhiều tác động vào làm tín hiệu ra bị méo, không gây đột biến
làm chất lợng hệ thống không cao.
b. Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc không liên tục:
Hệ thống có một hoặc nhiều phần tử hoạt động không liên tục.

Ưu điểm: Tận dụng tốt công suất của phần tử thực hiện, kết cấu đơn giản, tác
động nhanh.
Nhợc điểm: Làm mất tuyến tính, gây tác động đột biến cho các phần tử.
1.2. Cấu trúc và thuật toán điều khiển lái tự động
1.2.1. Đặc điểm của đối tợng điều khiển của hệ thống lái tự động là con tàu:
Đặc điểm của con tàu là một đối tợng điều khiển có quán tính rất lớn so với các
phần tử cấu tạo nên hệ điều khiển, đồng thời nó chuyển động trong môi trờng nớc
với tốc độ khác nhau, chịu tác động của sóng, gió, hải lu và có tải trọng khác
nhau làm tham số động lực học của con tàu luôn thay đổi theo các điều kiện đó.
Vì vậy:
- Hệ thống lái tự động phải có tín hiệu phản hồi âm cứng góc bẻ lái thì hệ thống
mới hoạt động đợc.
- Hệ thống lái tự động có ảnh hởng lớn tới việc khai thác con tàu một cách kinh
tế.
1.2.2. Cấu trúc và thuật toán điều khiển cơ bản của hệ thống lái tự động
C T
K Đ
K 1
T H T G
M L
B L C T
f
n h i ễ u

0



K 4
L B

( - )
( - )
Hình 1.2.2
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 2 -
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của hệ thống lái tự động (hình 1.2.2)

0
: Góc đặt hớng đi cho trớc
: Hớng đi thực của con tàu
: Độ chênh lệch giứa hớng đi cho trớc và thực tế
K
1
: Khối tỉ lệ
KĐ: Khối khuếch đại
THTG: Khối thực hiện trung gian
ML: Máy lái
: Góc bẻ lái
LB: Phân tử cảm biến hớng đi của tàu
CT: Khâu đặt hớng đi cho trớc
ĐTĐK (CT): Đối tợng điều khiển ( con tàu )
CCĐK (BL): Cơ cấu điều khiển (bánh lái)
K
4
: Tín hiệu phản hồi góc bẻ lái
Phơng trình thuật toán điều khiển hệ thống lái tự động cơ bản:
y = K1 - K4
Nếu không có tín hiệu phản hồi góc bẻ lái K
4
. thì khi xuất hiện độ lệch hớng đi

con tàu so với hớng đi cho trớc thì có y = K
1
, có để làm cho tàu quay ng-
ợc lại theo hớng lệch đã xuất hiện nhng do quán tính lớn nên CT sẽ không thể trở
lại hớng cũ ngay mà tiếp tục lệch; góc lại tăng theo cho đến khi CT đã đổi hớng
đi để trở về hớng cũ thì giảm dần, y giảm dần, giảm dần đến khi CT trở về
đợc hớng cũ y = 0, = 0 thì CT lại do quán tính sẽ lại lệch theo hớng ngợc lại,
xuất hiện và đổi dấu cứ nh vậy tuỳ vào quán tính con tàu lớn hay nhỏ mà biên
độ dao động của nó sẽ lớn hay nhỏ. Có thể thấy nếu mất phản hồi góc bánh lái
con tàu sẽ dao động mất tính ổn định. Có phản hồi góc bẻ lái thì khi xuất hiện độ
lệch hớng tàu K
1
thì xuất hiện K
4
để triệt tiêu y=K
1
- K
4
luôn (do sự lựa
chọn K
1
và K
4
). Khi tàu trả hớng về hớng đi cho trớc thì giảm theo và do đó
cũng sẽ giảm theo và khi = 0 thì = 0.v sau mt vi ln dao ng hng i
vi biờn gim dn con tu s tr v hng i cho trc.
1.2.3. Cấu trúc và thuật toán điều khiển hệ thống lái truy theo
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống lái lặp (hình 1.2.3)
C T
K Đ

K 1
T H T G
M L
B L C T
f
n h i ễ u

0

0

K 4

( - )
y
Hình 1.2.3
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 3 -
Hệ thống lái lặp truy theo là lái bằng tay để ra lệnh cho bánh lái truy theo lệnh
đặt trớc bằng vô lăng lái (khối CT)
Dùng khi cần điều động vào cảng, hành trình trên khoảng hẹp, khi cần chuyển h-
ớng đi ở chế độ tự động thì chuyển sang lái lặp để điều khiển lái (dùng vô lăng lái
lặp bằng tay, khi con tàu đã đi đúng hớng đi mới thì mới chuyển sang chế độ lái
tự động.
- KĐ: Lái lặp và lái tự động thờng đợc dùng chung bộ khuyếch đại
- ĐTĐK: Đối tợng điều khiển lúc này là bánh lái
- Y = K
1

0
- K

4

=
0
- : lợng thất phối - chênh lệch góc bẻ vô lăng và góc quay của
bánh lái tại buồng máy lái
=
0
: hệ thống xác lập ở vị trí nào đó nhất định cho trớc
Ngời điều khiển thực hiện bẻ vô lăng lái
01

0
y 0 tác động qua
KĐ, THTG, ML Làm bánh lái quay theo và bánh lái quay đi 1 góc tơng ứng
đến khi =
01
thì y = 0.
Chế độ lái đơn giản: Chế độ lái đơn giản là tác động trực tiép vào cơ cấu
THTG. Khi ta muốn bẻ lái 1 góc nào đó thì phát lệnh bẻ lái, sau khi đã đạt đợc
góc bẻ lái theo yêu cầu ta đó phải trả tay lệnh về 0 (lái không phản hồi), nếu
không đa tay lái về 0 thì BL bẻ hết mạn . Thờng sử dụng tay lệnh lái đơn giản là
công tắc hoặc nút ấn, ít khi dùng chung với tay lái lặp
1.2.4. Cấu tạo hoàn chỉnh hệ thống lái tự động
Vì con tàu có quán tính lớn, đặc biệt con tàu có kích thớc và trọng tải lớn,
có tuyến hình khác nhau, có sự thay đổi đáng kể các thông số động học khi thay
đổi trọng tải, loại hàng do vậy nếu chúng ta sử dụng sơ đồ hệ thống lái tự động
cơ bản nh ở trên thì chất lợng hệ thống sẽ không cao. Để nâng cao chất lợng hệ
thống ngời ta thờng đa thêm các khâu hiệu chỉnh song song và phản hồi ngời ta
cải thiện sơ đồ, mắc thêm các khâu hiệu chỉnh nối tiếp, song song

Hình 1.2.4

Sơ đồ cấu trúc đầy đủ hệ thống lái tự động (hình 1.2.4), trong đó:
K1: Khối tạo tín hiệu tỷ lệ góc bẻ lái.
K2d/dt: Khối tạo tín hiệu vi phân góc bẻ lái.
K3dt: Khối tạo tín hiệu tích phân góc bẻ lái.
LB: la bàn lấy tín hiệu phản hồi hớng đi thực của con tàu.
K4: Khối tạo tín hiệu tỷ lệ góc quay bánh lái.
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 4 -
K2d/dt
K1

KĐ
TH ML



CT
BL
K4
K3dt
LB
K5d/dt

0

y


f

+
-
-
+
K5d/dt: Khối tạo tín hiệu vi phân góc quay bánh lái.
f: Tác động của nhiễu(sóng, gió, hải lu,).
y: Tín hiệu điều khiển của hệ thống.
Phơng trình thuật toán điều khiển hệ thống lái tự động đầy đủ nh sau:
y = K1 + K2d/dt + K3dt - K4 - K5d/dt.
Khi hớng đi của con tàu trùng với hớng đi đặt trớc (=
0
) thì , , y = 0.
Giả sử nhiễu tác động làm tàu lệch khỏi hớng đi cho trớc (
0
), khi đó hớng
đi thực tế của tàu sẽ đợc phản ánh qua la bàn về so sánh với góc lệch lái
0
làm
=
0
- 0. Các tín hiệu tỷ lệ, vi phân, tích phân sau khi đợc đa vào khâu
khuếch đại sẽ qua khối thực hiện trung gian tác động bẻ lái đa tàu về hớng đi ban
đầu.
Khi bánh lái quay xuất hiện tín hiệu phản hồi K4 và K5d/dt làm giảm tín hiệu
điều khiển y. Khi tàu trở về hớng đi đặt trớc thì = 0. Trong quá trình tàu dần
trở về hớng đi đặt trớc, tín hiệu điều khiển đổi dấu, bánh lái đợc quay theo chiều
ngợc lại dần trở về mặt phẳng đối xứng của con tàu.
Nh vậy khi mũi tàu trở về hớng đi đặt trớc thì đồng thời bánh lái cũng trở về mặt
phẳng đối xứng.
Do có quán tính, tàu có xu hớng dao động một vài lần sau đó tàu sẽ trở lại hớng

đi ban đầu.
Đối với sơ đồ hoàn chỉnh trên :
- Giảm độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ và số lần dao động của hệ thống do sử
dụng các khâu vi phân
- Nâng cao tính chính xác do sử dụng khâu tích phân
1.2.5 Các khâu hiệu chỉnh cơ bản trong hệ thống lái:
1.2.5.1. Khâu tỷ lệ góc lệch hớng đi K1:
Trong điều khiển tự động đây là một trong số các thành phần cơ bản của tín hiệu
điều khiển. Khi bị tác động lệch khỏi hớng đi cho trớc, khâu này đa tín hiệu chủ
đạo đến khâu khuếch đại để điều khiển bánh lái.
1.2.5.2. Khâu vi phân độ lệch hớng đi K2d/dt:
Khi con tàu bắt đầu bị lệch khỏi hớng đi tín hiệu lệch hớng còn nhỏ, nhờ khâu vi
phân sẽ có tín hiệu d/dt đạt giá trị max. Nh vậy tín hiệu điều khiển đợc tăng
một lợng đáng kể. Mặc dù khi đó còn nhỏ nhng tín hiệu y = + d/dt đã
đủ lớn để đa hệ thống vào làm việc, bánh lái đợc quay về phía có xu hớng đa tàu
trở lại hớng đặt trớc và khi đó tín hiệu vi phân lại đổi dấu để làm giảm tính quán
tính của con tàu nhanh chóng đa con tàu về hớng đi cho trớc. Vậy khi có khâu vi
phân tác động sẽ đạt đợc:
- Tăng độ nhạy và nâng cao chất lợng hệ thống.
- Giảm đợc độ quá điều chỉnh của hệ thống, giảm độ lệch hớng đi.
- Giảm số lần dao động và rút ngắn thời gian quá độ.
1.2.5.3. Khâu tích phân độ lệch hớng đi K3dt:
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 5 -
Trong thực tế khai thác con tàu có thể phải chịu các tác động của ngoại lực
(sóng, gió, hải lu,). Bản thân con tàu khi chế tạo ra có thể không đối xứng qua
mặt phẳng trung tính do vậy khi có tác động của nhiễu loạn bên ngoài làm con
tàu dao động không đối xứng xung quanh hớng đi cho trớc. Để loại trừ, giảm bớt,
nâng cao độ chính xác điều khiển của hệ thống ngời ta đa thêm khâu tích phân
vào hệ thống.
Khâu tích phân sẽ tích luỹ độ lệch hớng đi đó, thông qua khâu khuếch đại tín

hiệu này tăng dần và tác động trở lại làm tăng độ chính xác trong việc điều chỉnh
hớng đi cho hệ thống, loại trừ đợc sự dao động không đối xứng của tàu.
Tuy nhiên khâu này cũng làm tăng độ dao động dẫn tới tính ổn định của hệ thống
kém (độ dự trữ ổn định của hệ thống giảm).
Khi thời tiết xấu để tránh hệ thống phải làm việc quá tải cần ngắt khâu tích phân
ra khỏi hệ thống (khi nhiễu loạn nhỏ đa khâu tích phân vào, khi nhiễu loạn lớn
thì loại bỏ khâu tích phân ra khỏi hệ thống).
1.2.5.4. Khâu tỷ lệ góc bẻ lái K4:
Đây cũng là một trong những thành phần tín hiệu điều khiển chính của hệ thống.
Tín hiệu này tỷ lệ với góc quay của bánh lái đóng vai trò phản hồi âm tín hiệu
điều khiển, nó rất quan trọng trong các hệ thống quán tính lớn
1.2.5.5. Khâu tỷ lệ vi phân góc lái K5d/dt:
Tín hiệu này có tác động tơng tự nh tín hiệu vi phân góc lệch hớng đi của tàu.
Đây là khâu phản hồi âm mềm chỉ hoạt động ở chế độ động, làm tăng tính ổn
định cho hệ thống, khử tính quán tính của máy lái, bánh lái và giảm bớt thời gian
quá độ.
1.3. Khảo sát hệ thống lái tự động
1.3.1 Đặc điểm
Động học tàu thuỷ là một vấn đề hết sức phức tạp. Tuỳ thuộc vào quan
điểm điều khiển, nội dung điều khiển, độ chính xác mà ta sẻ có những phơng
trình mô tả động học khác nhau. Thông thờng mô tả động học tàu thuỷ đối với hệ
thống lái tự động là đơn giản hoá bởi quan điểm điều khiển tàu trên mặt phẳng
nằm ngang.
Đối tợng điều khiển con tàu là một khâu quán tính rất lớn và bản thân
các phần tử thuộc hệ điều khiển, thực hiện trung gian, cơ cấu chấp hành, thực
hiện đều cũng là các khâu quán tính : nh động cơ điện, mạch từ, khâu thuỷ lực
do đó hằng số thời gian của toàn hệ thống rất lớn
Các tham số của mô tả động học luôn thay đổi: Dòng chảy, gió, trạng thái
mặt biển, s thay đổi tải trọng mà nếu điều khiển tối u thì các tham số đó cần
phải cố định. Do đó để nâng cao chất lợng của hệ thống LTĐ ngời ta thờng phải

sử dụng các hệ thống điều khiển có khả năng điều chỉnh các tham số phù hợp với
từng trờng hợp cụ thể.
Có nhiều chế độ điều khiển nh tự động giữ hớng, tối u theo quảng đờng,
tối u nhiên liệu, do đó phức tạp trong việc xây dựng hệ thống. Có những tham
số phù hợp với chế độ này nhng lại không phù hợp với chế độ kia.
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 6 -
1.3.2 Các đại lợng, phần tử trong hệ thống và hàm truyền con tàu
Trong nghiên cứu hệ thống lái tự động ngời ta sử dụng nhiều dạng mô
hình toán học: mô hình dới dạng hàm truyền đạt, mô hình dới dạng không gian
trạng thái, các mô hình SISO, MIMO các mô hình này gắn với tính hữu ích của
mục đích điều khiển.
I. Mô hình toán học củacon tàu dới dạng hàm truyền trong lái tự động giữ hớng
áp dụng kết luận: Khi nghiên cứu và thiết kế hệ điều khiển chuyrn động của
tàu thuỷ theo hành trình mà chế độ cơ bản là ổn định tàu thuỷ trên hành trình
thẳng, có thể sử dụng mô hình toán học tuyến tính hoá của đối tợng
[ C. . , .A. Tt - Điều khiển chuyển động tàu thuỷ theo hớng
hành trình NXB Đống tàu, Lêningrad 1978]
Hệ phơng trình mô tả tuyến tính hoá mô tả động học con tàu:

)(
0
2243
2
2
1121

=
+=++
+=++
a
dt
dx
Mqna
dt
d
a
dt
d
Fqn
dt
d
aa
dt
d
Với điều kiện V
tàu
= const
: Góc trôi dạt (góc lệch tàu) Hợp bởi véc tơ vân tốc con tàu và mặt
phẳng đối xứng con tàu -
y
0
: Hớng đặt trớc
y : Hớng đi thực tế của con tàu
= y

0
- y : Góc lệch giữa hớng đi thực và hớng đi cho trớc
: Góc bánh lái
F : Tổng các ngoại lực tác dụng lên con tàu
M : Mô men thuỷ động tạo nên sự đổi hớng tác động lên trọng tâm tàu
x : Độ di chuyển sang ngang
a
0
, a
1
, a
2
, a
3
, a
4
, n
1
, n
2
, q
1
, q
2
: là các hệ số phụ thuộc vào tốc độ tàu và các
đặc tính động học của con tàu
Trong nghiên cứu lái tự động giữ hớng của tàu thuỷ, đôi khi lực nhiễu không quá
lớn ngời ta thờng bỏ qua các đại lợng F, a
0
do đó phơng trình còn lại dạng:

Mqna
dt
d
a
dt
d
n
dt
d
aa
dt
d
2243
2
2
121
+=++
=++






Rút từ phơng trình trên thay vào phơng trình dới và chuyển về ảnh Laplace ta
có:
S
3
(S) + S

2
b
1
(S) + Sb
2
(S) = Sm
1
(S) + m
2
(S) + Sm
3
M(S) + m
4
M(S)
Trong đó:
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 7 -
b
1
= a
1
+ a
3
b
2
= a
1
a
3
a
2

a
4

m
1
= n
2

m
2
= a
1
n
2
a
4
n
4

m
3
= q
2

m
4
= a
4
a
2

Vậy ta có:
(S
3
+ S
2
b
1
+ Sb
2
) (S) = (Sm
1
+ m
2
)(S) + (Sm
3
+ m
4
)M(S)
và hàm truyền con tàu lúc này là:

)(
)1(
)1(
)(
)1(
)1(
)(
2
21
22

2
21
11
1
SM
STSTS
SK
S
STSTS
SK
S
++
+
+
++
+
=





1
= m
1
/m
2
;
2
= m

2
/m
4
; T
1
= b
1
/b
2
; T
2
= 1/b
2
; K
1
= m
2
/b
2
;
K
2
= m
4
/b
2

Từ hàn truyền của con tàu nh trên ta thấy con tàu có mô hình toán nh sơ đồ cấu
trúc sau:

Hình 1.3.2. Sơ đồ khối mô tả hàm truyền của con tàu
Hai hàm truyền khác nhau cho hai tác động khác nhau: Tác động của điều khiển
(bánh lái) và tác động của nhiễu lên con tàu làm cho hớng đi con tàu thay đổi
(S). Ta có 2 hàm truyền của nó nh sau:

)1(
)1(
)(
)(
)(
2
21
11
STSTS
SK
S
S
SW
++
+
==





)1(
)1(
)(

)(
)(
)(
)(
2
21
22
1
STSTS
SK
SF
S
SM
S
SW
f
++
+
===


L u ý : - Để tiện cho việc nghiên cứu hệ trên các phần mềm khác nhau ký hiệu
toán tử biểu diễn toán tử P ở đây thay bằng S
- Nếu không xét đến nhiễu trong điều khiển, tức là ta chỉ xét tác động của riêng
bánh lái lên con tàu để điều khiển tàu trong chế độ giữ hớng thì hệ số K
2
,
2
không đợc xét (không sử dụng hàm truyền theo nhiễu), hệ số
1

có giá trị rất bé
thờng có thể bỏ qua . Các hệ số T
1
, T
2
, K
1
theo công bố của kỹ s A.Pustoskin theo
bảng sau:
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 8 -
(S)
)1(
)1(
2
21
11
STSTS
SK
++
+

(S)
M(S
)
Phụ tải tàu
Tốc độ
( Hlý)
K
1
(sec

-1
) T
1
(sec) T
2
(sec
2
)
Không tải
10,7 1,7.10
-2
12 9
8,5 2,1.01
-2
14 20
6,5 2,38.10
-2
16 42
Có tải 9,5 1,4.10
-2
22 150
II. Các mô hình toán của con tàu ở các dạng khác nhau ( Tham khảo phần phụ lục
01)
1.3.3 Các chế độ cơ bản của LTĐ kinh điển:
+/ HT lái tự động kinh điển có 4 chế độ hoạt động cơ bản
- ổn định hớng đi (lái tự động)
- Chế độ lái lặp
- Lái đơn giản
- Lái sự cố
Ngoài ra còn có chế độ lái từ xa, lái thay đổi vị trí điều khiển

+/ HT lái chịu tác động ĐK và nhiều ngẫu nhiên ở những thời điểm khác nhau.
+/ Ht lái tự động bao giờ cũng cần phải có phản hồi âm cứng, góc bẻ lái thì ht
mới hoạt động đợc (đóng vai trò K
4
). Hệ số phản hồi này thờng < 1
+/ Ht lái tự động: là ht quan trọng, ảnh hởng tới tính an toàn và tính kinh tế của
con tàu. Nên ht phải đợc chế tạo có độ tin cậy cao.
+/ HT lái tự động sử dụng các khâu phản hồi có vai trò nh sau:
- P/h âm: tăng tính ổn định
- P/h dơng: mất tính ổn định
- P/h mềm: hđ chế độ động
- P/h cứng: hđ chế độ tĩnh và cả chế độ động.
1.4. Các yêu cầu cơ bản trong hệ thống lái
1.7 ảnh hởng của các phần tử phi tuyến tới Hệ Thống lái
Tự động
7.1 Các phần tử phi tuyến thờng gặp trong ht lái
1. Phi tuyến có dạng bão hoà
Mạch khuếch đại điện tử, bán dẫn có mạch hạn chế; khuếch đại thuỷ lực máy
điện khuếch đại từ trờng ngang.
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 9 -
2. Mô men cản trên trụ lái
3. Khâu phi tuyến có dạng khe hở
Các khe hở cơ khí trong truyền động bánh răng hình rẻ quạt liên quan sig
phản hồi âm góc bẻ lái.
4. Phần tử phi tuyến có vùng không nhạy
Thờng gặp ở đầu vào khuếch đại của ht
5. Phi tuyến dạng rơle
Dùng rơle thực hiện, dùng rơle đóng mở, van điện từ không chế dầu thuỷ lực.
7.2 ảnh hởng các phần tử phi tuyến với chế độ lái lặp
1. Khâu phi tuyến có vùng bão hoà, nó có tác động tơng đơng đối với việc

giảm hệ số kđ của ht => làm tăng tính ổn định nhng lại làm giảm độ chính xác,
làm cho chất lợng ht giảm.
2. Phí tuyến mômen cản trên trụ lái: làm tăng tính ổn định của lái lặp
3. Dạng phí tuyến khe hở: làm giảm tính ổn định lái lặp
4. Dạng phi tuyến có vùng không nhạy làm tăng tính ổn định, đồng thời
làm giảm tính chính xác. (2 khái niệm ngợc nhau)
5. Khâu phi tuyến dạng rơle gây ra hiện tợng tự dao động trong lái lặp, nếu
biên độ dao động bé, tần số dao động lớn ht không ổn định
7.3 ảnh hởng các phần tử phi tuyến tới chế độ lái tự động.
1. Dạng phi tuyến bão hoà làm giảm tính ổn định của ht, có lúc ht mất ổn định.
2. Dạng phi tuyến vùng không nhạy : Không gây nên hiện tợng tự dao động của
hệ thống cũng nh không đa hệ thống dao động tăng dần . Tính phi tuyến này chỉ làm
thô hoá hệ thống, giảm số lần bẻ lái trong điều kiện thời tiết xấu
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 10 -
3. Dạng khe hở: không gây nên hiện tợng tự dao động trong ht.
4. Dạng mô men cản trên trụ lái: Có ảnh hởng tốt tới tính ổn định của hệ
thống
5. Dạng rơ le: Có ảnh hởng xấu đến tính ổn định của ht, có khi làm mất
tính ổn định.
1.8 Một số vấn đề về kiểm tra chỉnh định HT lái
1.8.1 ở chế độ lái lặp:
1. Kiểm tra hoạt động của các phần tử đo của ht: cầu điện trở, sensin biến
áp quay
2. Kiểm tra sự hoạt động của bộ KĐ, chỉnh không của mạch khuếch đại
đảm bảo sao cho khi không có sig đầu vào thì không có sig đầu ra. Kiểm tra hệ số
KĐ, tính tuyến tính của nó.
3. Nếu ht có MĐKĐ thì phải kiểm tra độ bù của cuộn bù, về nguyên tắc
không đợc bù hoặc bù thiếu.
4. Kiểm tra sự hoạt động của phân tử thực hiện: điện cơ điện, động cơ thuỷ
lực cùng các bộ phận KĐ thuỷ lực khác. Dầu thuỷ lực thay đúng mác, chủng loại

đảm bảo độ nhớt theo yêu cầu. Không để hiện tợng dò khí vào dầu


ht e dầu, áp
lực thuỷ lực sẽ bị phân bố không đều và giảm khi bẻ lái.
5. Kiểm tra sự đấu đúng các phân tử phản hổi (pha của sig phản hồi ngợc
pha với pha của sig chính). Kiểm tra sự khép kín ht, tăng dần KĐ đo .
6. Chỉnh định các phân tử hiệu chỉnh để sao cho:
+ Bẻ lái tự mạn trái phải thời gian bẻ lái đạt yêu cầu trong giới hạn cho
phép. Điều chỉnh hệ số khuyếch đại của ht.
+ Cần kiểm tra độ chính xác: góc bẻ lái thực so với góc bẻ lái theo ý muốn
( có nằm trong vùng cho phép?).
Sai số xuất hiện trong quá trình điều khiển tỉ lệ nghịch với tỉ số truyền hệ
số khuếch đại k
% =
%100.
k1
0
+

(
0
: Là sai số khi cha hiệu chỉnh)
+Tính chính xác phục thuộc nhiễu loại ngoài, thu hẹp vùng không nhạy,
chỉnh hệ số phản hồi góc bẻ lái, giảm M
e
trên trụ lái.
1.8.2 ở chế độ lái Auto (chế độ tự động giữ hớng đi).
Chất lợng của ht ở lái TĐ phụ thuộc đặc tính động của đối tợng. Đặc tính đó
phụ thuộc vào sự thay đổi theo trọng tải, vận tốc khai thác của con tàn. Mặt khác

nó còn phụ thuộc vào các nhiễu loạn bên ngoài.
- Phơng trình hàm truyền của con tàu.
(a
0
P
n
+ a
n
) = (bop
2
+ +b
0
) + (C
0
P
m
+ + C
n
)f.
- Khi tàu hành trình trên biển quan tâm V
tb
=
t
s
với P
đ/cơ CV
= const (ảnh hởng ht lái nh thế nào?)
V
tb
càng tăng tính kỹ thuật cao khai thác là nội dung cơ bản để chỉnh

định.
Lúc này cần:
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 11 -
+ Độ chính xác của ht lái
+ Biên độ và tần số dao động của con tàu xung quanh hớng đi cho trớc và
biên độ và tần số góc bẻ lái.
Độ chính xác tăng khi: f giảm, V
tb
tăng
Quá trình chỉnh định ở chế độ lái TĐ:
1. Kiểm tra phân tử đo (độ chính xác của la bàn). Chất lợng hoạt động của
la bàn của la bàn quyết định sự hoạt động của ht.
Tàu cập cảng đỗ lại, chỉnh định 0 ( =
0
- ) . Do tàu đỗ tại bến
nên hớng đi không điều chỉnh đợc = const chỉ chỉnh
0
tạo độ lệch bẻ
bánh lái Kiểm tra chỉ báo , sự hoạt động hệ thống, báo động
2. Chỉnh định 3 thông số cần thiết, đó là
+ Lúc tàu thay đổi tải trọng (thờng theo 3 chế độ: tàu chạy balat, chạy nửa
tải, chạy toàn tải).
+ Thay đổi tốc độ tàu
+ Thời tiết thay đổi
3. Khi chỉnh định các thông số nh vậy cần đặt các điểm sau:
- Đảm bảo độ chính xác cho phép trong điều kiện góc bẻ lái tối thiểu. Để
đảm bảo vận tốc khai thác. <
min
(1
0

) và <
min
( tăng v
t
giảm do lực
cản BL lớn )
- Không nên cố gắng giảm độ dao động của con tàu trên sóng bằng cách
tăng độ nhạy ht. Vì lúc đó số lần đóng mở của ht tăng lên quá lớn. Ngợc lại trong
điều kiện thời tiết xấu mở rộng vùng không nhạy.
- Khi số lần đóng mở ht > 400lần/h. Không nên tăng độ chính xác nữa, vì
nh vậy sẽ bắt ht/l/v quá tải.
Để đạt đợc yêu cầu trên: ta chỉnh định các thông số sau theo thứ tự :
A : Tr ớc tiên cần chỉnh định hệ số phản hồi góc bẻ lái: K
4
Chú ý: Khi tàu chạy toàn tải, nếu lệch khỏi hớng đi một góc nào đó,
muốn tàu trở về nh cũ, bánh lái phải đợc bẻ một góc lớn hơn so với lúc tàu chạy
không tải (nếu con tàu cùng lệch một góc nh nhau) .
- Trọng tải tàu càng tăng K
4
càng giảm ( Vì với nh nhau tải càng
nặng càng lớn Y = K
1
- K
4
giảm chậm để khử khâu quán tính)
Khi không có chỉnh K
4
chỉnh K
1
- Tốc độ khi càng tăng, lực cản BL càng tăng chi cần góc bẻ lái bé giữ đợc

con tàu ở hớng đi cho trớc.
Vận tốc độ tàu tăng ( bé) y giảm K
4
tăng.
* Khi sóng to, gió lớn: cần phải giảm K
4
để tăng y nhng hệ số K
4
chỉ giảm
mức độ cho phép nếu không ht mất ổn định.
B - Chỉnh hệ số khâu vi phân độ lệch h ớng đi: K
2
- Khi mặt biển càng yên càng tăng K
2
để tăng độ nhạy về tốc độ sai
lệch hớng đi. Khi sóng to, gió lớn cần phải giảm K
2
tăng vùng không nhạy và
ngợc lại thời gian xấu giảm K
2

- Trọng tải tàu tăng cần góc bẻ lái tăng tăng K
2
lên và ngợc lại
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 12 -
- Tốc độ tàu tăng ( bé đã ổn định ) giảm K
2
C: Chỉnh hệ số khâu tích phân
- Sóng yên biển lặng K
3

tăng độ chính xác
- Sóng to gió lớn K
3
giảm cần thiết ngắt hoàn toàn khỏi ht.
D : Chỉnh hệ số KĐ toàn HT
- Biển lặng thời tiết tốt, muốn tăng độ chính xác tăng KĐ.
- Sóng to gió lớn giảm KĐ
E: Chỉnh vùng không nhạy: nằm ở đầu vào hđ.
- Thời tiết tốt: thu hẹp vùng không nhạy, nâng cao độ nhậy ht.
- Ngợc lại thời tiết xấu: Nới rộng vùng không nhạy tránh hệ thống làm việc
quá tải.
vùng không nhạy: liên quan đến độ nhạy của hệ thống

1.9 Một số hệ thống lái tự động tàu thuỷ
I. HT lái TĐ A P- 001
- Tàu Sông Đà, Hồng Hà, Hoa L
- Các phân tử ĐK: điện cơ
1) cấu tạo :
1. Tín hiệu độ lệch hớng của con tàu cảm nhận la bàn, con quay KYC-4
đo hớng đi thực con tàu.
- Tín hiệu đó đa sensin
2. Công tác chon chế độ lái B2.
3. Công tác chọn giá trị góc báo động độ lệch hớng đi
4. Còi báo động 3

1
5. Bớc 1: Công tắc nguồn
6. Sensin M5 mắc ở chế độ chỉ báo để chỉ báo sig thực của con tàu (STT).
7. Sig từ la bàn làm quay roto sensin M
1

và qua bánh răng vi sai làm quay
roto máy phát tốc M
3
để tạo ra
8. SSM
2
làm quay roto 8A quay tuyến tính M
4
tạo ra tín hiệu độ lệch hớng
đi K
1
.
- SS M
7
tỉ lệ

* Điện áp phát ra của SSM
7
gấp cho động cơ 2 pha M
6
và có tốc độ M
6
: m
U
RM7
.
- Động cơ M
6
làm quay BAQ tuyến tính M
P

n
M6
=
U
R(MP)
= K
3

p/Kdt
3
t
0
=

LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 13 -
10. BA quay M11 liên hệ với trục lái L/v tuyến tính tạo ra sig là (K
4
) sig
phản hồi âm góc bẻ lái.
11. Sensin M
12
chèn hệ với trụ lái (l/v chế độ chỉ báo )
12. Sensin M
10
chèn hệ với trụ lái để chỉ báo góc quay thực của bánh lái.
13. Tín hiệu K
4
ra của M
11
đợc đa về cộng với sig tích phân

P
K
3
ở BA quay
M
8
.
14. Transistor
1
làm nhiệm vụ KĐ sig vi phân độ lệch (nguồn nuôi
A
4
.
15. B/áp Tp1 làm nhiệm vụ truyền sig
16. B/áp quay M
9
làm việc chế độ tỉ lệ có nhiệm vụ cộng các sig.
U
C1C2(M9)
= k (k
1
+ k
3
) dt - k
4
)
17. Khối Y 3M: là khối khuyếch đại nhạy pha sig tổng.
Y = K
1
+k

2
)kk(K
dt
d
543
+

18. BA: Tạo nguồn nuôi
19. Sig K
5
do trích một phần điện áp đặt vào động cơ thực hiện MĐKĐ,
ĐMY.
20. Công tắc B
1
là công tắc chọn máy lái (thờng 2 máy lái).
21. By', By: công tắc thực hiện chế độ lái đơn giản
22. wyp: (sarờ): là khối cấp nguồn nuôi cho động cơ sơ cấp (nguồn 3 pha
cầu dao CD
1
qua cầu chì P, qua điện trở R, CD
2
câu dao khởi động động cơ:
HP: tiếp điểm rơ le nhiệt động cơ rôto lồng sóc 3 pha đèn báo LC, nút ấn
KĐ, Ky, nút dừng KYC.
23. Không thuộc MY: MĐKĐ từ trờng ngang có điện áp ra cấp điện cho
động cơ thực hiện.
- Nếu ĐCTH là động cơ quay trụ lái MLD - C
- Nếu ĐCTH là động cơ điện dịch tâm bơm dầu vào xi lanh thuỷ lực
MLĐ - thuỷ lực.
24. KH

1
, KH
2
, nút khởi động hoặc dừng từ xa động cơ lái MĐCĐ
25. K': Các tiếp điểm ngắt cuối (bình thờng: thờng mở). Khi góc bẻ lái quá
lớn > góc bỏ lái cho phép làm đóng các tiếp điểm K' các cuộn điều khiển
MĐKĐ.
OI
1
, OII
2:
Là cuộn ĐK chính
OII
1
, OII
2
: là cuộn điều khiển của ) MY thực hiện ĐK ngắt cuối.
Có điện từ trờng ngợc nhau U
rm

(MY)
= 0
Do vậy động cơ thực hiện bảo vệ và cấp nguồn nuôi gồm các phân tử.
-TP1: là Biến áp cấp nguồn cho các cuộn kích từ của sensin và cho BA
quay, máy FT
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 14 -
R
2
và là các phân tử thực hiện hạn chế sig ĐK để tránh điều khiển
quá lớn.

R
1
; chia dòng cuộn bù của MĐKĐ để tạo đặc trình đào đất cho
điện cơ thực hiện.
2. Nguyên lý
A - Chế độ lái tự động
- Độ thực hiện chế độ lái tự động: bật công tắc B
2
sang Auto sig độ lệch h-
ớng đi thực đợc đa vào, so sánh với sig góc lệch hớng đi cho trớc.
Qua bánh răng vi sai : làm quay rôto sensin M
2

- Sen sin M
2
làm quay Sensin M
7
máy Ftốc M
3
bắp quay M
4
từ đó đợc đa
tới phái dới đến điện trở R
1
mạch KĐ tổng hợp với sig K
s

- Sau khi KĐ, sig tổng y =
đợc đa ra qua 2 biến áp đầu ra KĐ, qua chỉnh lu và sau đó đợc đa tới cấp
nguồn cuộn điều khiển của KĐ.

- Nguồn 1C qua CL đa tới O
1
I , OI
2
- MĐKĐ luôn đợc quay bởi động cơ đi bộ 3 pha. Tuỳ theo cực tính điện áp
ra của MĐ KĐ, cũgn là cực tính cuộn ĐK làm cho động cơ thực hiện đảo chiều
thể thực hiện bẻ lái sang trái hoặc sang phải.
- 3 sig triệt tiêu y = 0: BL dừng
- Sau đó sig ĐK y lại đổi dấu để bẻ bánh lái về mặt phẳng đối xứng
- Khi BL ổn định hoặc tàu ổn định hớng đi, bánh lái mặt phẳng đối xứng.
B - Khi lái lặp bật công tắc B
2
sang vị trí HAND. Khi đó sesin M
7
sẽ loại sig
tích phân K
3


dt
. Lúc này góc bẻ lái
0
do con ngời thực hiện. Quá trình thực
hiện sau đó tơng tự nh trên.
C - chế độ lái đơn giản
- Thực hiện bởi công tắc BY sang các vị trí tơng ứng, đa điện một chiều
trực tiếp vào cuộn ĐK. OI
1 ,
OI
2

củaMĐKĐ ( MY)
- Tuỳ theo chiều bẻ công tắc cực tính điện áp MĐKĐ thay đổi do cực chính
cuộn dây MĐKĐ thay đổi. Do vậy bánh lái sẽ quay sang phải hoặc sang trái.
3. Một số chỉnh định trong ht
+ Chỉnh R
1
, R
4
chỉnh độ sáng đèn báo trên mặt trụ lái.
+ Chỉnh R
3
, (Y) chỉnh sig vi phân độ lệch
dt
d
K


+ Chỉnh R
3
, phía dới biến áp quay tuyến tính M
4
. Chỉnh sig tỉ lệ K
1
.
+ Quay rôto của BĐ quay tuyến tính M
8
ta sẽ thay đổi đợc các hệ số K
3
K
4

,
(khi K
3
tăng thì k
4
giảm và ngợc lại).
+ Chỉnh R
5
(ở KĐ nhạy pha) ta thay đổi Y)
+ Chỉnh R
8
thay đổi sig K
5

4. Nhận xét
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 15 -
- HT lái tự động có cấu tạo cồng kềnh phức tạp so với ht khác
- Nó có độ bền, tuổi thọ cao L/v chắc chắn, tin cậy
- Có khả năng quá tải lớn
- Hay xảy ra sực ố MĐKĐ, cuộn bù, từ trờng, (từ d tăng)
Điện áp ra tăng bẻ lái không chính xác
- bán dẫn rời rạc (bộ KĐ tổng) hay xảy ra sự cố
1. LB M
1
(sensin) M
5
(sensin)
M
2
(sensin) M

2
(sensin)
M
2
(sensin) M
3
(MFT vi phân)
M
2
(sensin) M
4
(BA quay tuyến tính tỉ lệ): U
M
2
(sensin) M
7
(sensin) (ĐC 2 pha) M
8
(BA tích
phân)
Trụ lại M
11
(BAQ): k
4

M
10,
M
12
(sensin) :

M
9
(BQA): Cộng sig (tỉ lệ)
II II 1: (trarsistor): KĐ từ M
3
TP
1
, (BA): truyền sig
R
8
(chiết áp) K
II Hệ thống lái tự động DECCA - ARKASS - AA1
II. 1. Cấu tạo sơ đồ
Các tín hiệu đầu vào:
1 Công tắc chọn chế độ lái: Control unit function selector (HAND, AUTO,
FOLLOW - UP )
2 Tín hiệu vào từ khối chơng trình
3 Tới báo động (To 4A15 ALARM UNIT)
4 Tới mạch điều khiển đè lái (Khi tác động nhiễu loạn hay sự trôi dạt tàu
theo 1 phía thì bánh lái phải bẻ một góc cố định so với mặt phẳng trung tính để
tàu đi đúng hớng ) Permanent Helm Control
5. Hớng đi tàu thay đổi sig (từ la bàn la bàn phản ánh gửi tới) di chuyển
con chạy của chiết áp (GYRO REPEATER POTENTIOMETTER 0,5V/Degree)
6. Chiết áp tạo lặp (FOLOW - UP STEERING POTENTIOMETTER).
Chế độ tự động: 1. Sig sai lệch hớng đi (từ la bàn phản ánh) vào cổng 6 qua R
1
tạo ra sig tỷ lệ độ sai lệch hớng đi K
1

2. Sig này cũng đồng thời qua RV

1
, C
1
, R
3
tạo sig vi phân độ lệch hớng đi


=

22
K
dt
d
K
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 16 -
3. Tụ điện C
2
, C
3
, C
4
, C
5 ,
C
6
, R
7
núm chỉnh DAMPING suy giảm nhiễu
(thực chất đây là mạch tích phân độ lệch hớng đi) SB là công tắc chỉnh định

sig


dtK

3
( kết hợp với điều chỉnh hằng số thời gian time constant SA)
4. KĐ thuật toán 1: KĐ đầu vào K
1
+
dt
d
K


2
+

dtK

3
5. KĐ thuật toán 2: KĐ tổng của sai lệch và phản hồi:
K
1
+
dt
d
K

2
+

dtK

3
- K
4
-
dt
d
K

5
6. KĐ thuật toán 3: KĐ cho mạch báo động
7. Chiết áp cuối cùng là chiết áp phản hồi góc bẻ lái K
4
(liên hệ với trụ lái)
- Qua phản hồi R
24
tạo sig K
4

- Qua R
25
, RV
9
, C
10
, R

27
tạo ra sig
dt
d
K

5

8.
1
RLA
,
1
RLB
: Rơ le điều khiển quá trình quay bánh lái
9.
1
RLA
*
: Rơ le hoạt động trong chế độ tự động
10.
4
1
RLC
: Rơ le mạch báo động
11. RUDER LIMIT: công tắc ngắt cuối của BL
II.2. Nguyên lý hoạt động
A - Chế độ lái tự động
- Bật công tắc lựa chọn chế độ lái sang vị trí Auto. Khi đó rơle chọn chế độ
hoạt động, đóng tiếp điểm RLA*/1

Chuẩn bị sig đa vào KĐTT 1 sau đó sang KĐTT2
- Khi tàu đi đúng hớng =
0
= o ; y = 0, = 0
- Giả sử 1 lý do nào đó con tàu đi khỏi góc đi qua cho trớc
- Giả thiết tàu lệch sang phải qua la bàn phản ảnh con tàu chạy chiết áp
lặp lại la bàn dịch phía trên có sig (+) đa vào đầu KĐTT1 gồm các tín hiệu tỷ lệ,
sig tích phân, sig vi phân, sig độ lệch hớng đi.
- Lúc đó góc bẻ lái = 0. khi đầu vào KĐTT1(+) ra (-) đa vào cửa vào
KĐTT2 ra KĐTT2 là (+) thì rơle RLA/1 hoạt động đóng tiếp điểm RLA1 của nó
lại cấp trái (khi tàu quay sang phải). Khi trụ lái quay làm xuất hiện sig phản hồi
K
4
và
dt
d
K

5
góc bẻ lái. Đa vào đầu vào KĐTT2 tuỳ theo góc bẻ lái sig tăng dần
lên. Tới một lúc nào đó sig điều khiển y = 0. Sig đầu vào KĐTT2 = 0 Rơ le
RLA
1,
nhất điện.
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 17 -
Y = U
VKĐ2
=

.

543
.
21

KKdtKKK ++

Dới tác dụng góc bẻ lái , con tàu trở về hớng đi cũ dần dần khi giảm
gần 0 thì cũng giảm theo gần 0 , nếu quán tính lớn hay nhiễu lớn thì tàu đổi h-
ớng Y < 0 thì tín hiệu ra KĐTT2 là (-) RLB/1 có điện BL lệch phải cứ nh
vậy sau 1 vài lần thì con tàu trở về hớng cũ và bánh lái trở về mặt phẳng đối xứng.


.
543
.
21

KKdtKKKY ++=

B - Chế độ lái lặp:
Chuyển công tắc chọn chế độ lái sang vị trí FOLLOW UP
Rơ le (RLA*/1) = O mất điện. Tiếp điểm RLA*/1 = 0. Mở ra cắt mối
liên hệ giữa KĐ1 tới KĐ2.
C - Chế độ lái đơn giản
- Chuyển công tắc chọn chế độ lái sang vị trí HAND
- Ngời điều khiển bật công tắc trực tiếp cấp điện cho rơle và cấp điện trực
tiếp cho van điện từ điều khiển quay trụ lái cấp điện trực tiếp cho van địên từ điều
khiển quay trụ lái.(Tín hiệu bánh lái quay hết mạn đến công tắc ngắt cuối mới
dừng ).
D - Mạch báo động góc lệch hớng quá lớn so với hớng

đi cho trớc.
- Khi vì một lý do nào đó con tàu lệch khỏi hớng đi cho trớc một góc >
3,3
0
(RV3 ALARM LIMIT)
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 18 -
Tín hiệu vào KĐTT3 đủ lớn và sig ra đủ lớn đợc nắn bởi cầu chỉnh lu cấp
nguồn cho toansitor VT1 thông làm cho rơ le RLC/1= 1 gửi sig tới mạch báo
động.
E - Một số chỉnh định trong Hệ thống
1. Khi có sự dao động không đối xứng của con tàu xung quanh hớng đi cho
trớc, khâu tích phân có tác dụng. Tuỳ theo sự dao động đó lớn hoặc bé mà ta thêm
hoặc bớt giá trị tụ điện C trong mạch tích phân. (Bằng công tắc DAMPING).
giảm tụ giảm sig. TP, đa thêm tụ vào tăng Sig. TP. Khi thời tiết xấu đi thì giảm
khâu tích phân để giảm tính chính xác của hệ thống.
2. Chỉnh sig VP
Muốn tăng độ nhạy: đa thêm khâu VP. Thời tiết tốt, sóng yên biển lặng
chỉnh tín hiệu VP càng lớn càng tốt.Và ngợc lại ( Chỉnh RV
1
)
3. Chỉnh sig vào KĐ
Càng đa điện trở vào sig càng nhỏ
4. Chỉnh góc đè lái PERMANENT tại chỗ
- Tàu đi luôn lệch theo một phía, muốn cho tàu đi đúng hớng đi cho trớc thì
góc lái sẽ không nằm mặt phẳng trung tính của tàu Chỉnh góc đè lái
5. Chỉnh STEERING: Chỉnh RV6 chỉnh p/h về KĐ 2 qua tiếp điểm
RLA*/ Chỉnh hệ số KĐ của KĐTT 2 ở chế độ tự động
Thay đổi độ nhạy của hệ thống
VD: Đặt vị trí 20 nếu góc lệch hớng 10
0

mới tác động
Thời tiết xấu nới rộng vùng không nhạy, chỉnh chiết áp cắt bớt RV6 và ngợc
lại.
6. WHEEL DEAD BAND: RV7 nh RV6 (lái lặp, vì sig phản hồi qua R19)
: Vùng chết tức là thay đổi vùng không nhạy để tránh sự dao động khi bẻ lái
trong lái lặp
7. Giảm tính quán tính trong quá trình bẻ lái: Chỉnh chế độ động (âm mềm)
qua RV9. Rudder anti hunt : Chỉnh định khâu vi phân góc bẻ lái
8. Chỉnh giới hạn góc bẻ lái: RV8 Rudder limit (ngắt cuối hành trình).
- Khi cho ngắt cuối vào h/đ bật công tắc ON. Góc bẻ lái chỉnh 5
0
35
0
- Khi bánh lái ở vị trí 0 thì tín hiệu đặt vào 2 đầu cầu CL đủ để khoá ( thể A
và B cân bằng) tuỳ vào vị trí chiết áp hạn chế góc bể lái =>làm thay đổi điện áp
giữa hai đầu đặt vào cầu CL (A;B). Sự thay đổi điện áp đó làm cầu CL mở.
Lúc đó: KĐTT2 đợc mắc thêm mạch phản hồi thông qua R32 đa vào đầu
KĐ2, triệt tiêu sig vào, sig ra hoặc nhỏ không đủ nuôi rơle hoạt động. Van điện từ
tác không tác đông, không có dầu vào xi lanh, bánh lái không quay.
9. Mạch BĐ
- Nút chỉnh giơí hạn báo động: RV3; ALARM LIMIT
- Chỉnh thơì gian trể sig báo động: ALARM DAMPING
* Bảo vệ độ lớn: bảo vệ có thời gian trễ. Thời gian đủ lâu mới bảo vệ chống
báo động giả.
III - Hệ thống lái HOKUSHIN Lái điện thuỷ lực
1 - Cấu tạo sơ đồ
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 19 -
1. Nguồn cung cấp AC 440V 60 Hz quá tiếp điểm A
1
, A

3
, qua cầu chì cấp
biến áp T
2
.
22V: đèn báo
100V: cuộn RT sensin
ON: Lái lắp 2 lái tự động
NF: NON FOLOW UP (Lái đơn giản).
PILOT MAIN SMTCH SELECTOR SWITCH (NON FOLLOW
UP, LEVER)
(công tắc cấp nguồn cho) (công tắc chọn vị trí lái) (Cấp nguồn trực tiếp đ/cơ
dịch tầm bơm SWI)
Hình vẽ
- RY2: Rơ le cấp nguồn lái lặp
- RY3: Rơ le cấp nguồn lái lặp từ xa
- RY7: Rơ le bảo nguồn mạch
-
A
: Sensin ở chế độ lái tự động (nhân sig từ la bàn con quay: cảm nhận sig
độ lệch hớng đi).

H
: Sensin ở chế độ lái lặp gắn vô lăng lái

R
: Sensin ở chế độ lái lặp từ xa
à: Sensin phản hồi góc bẻ lái (phát lệnh ĐK K
4
K

S
)
SMI: Động cơ dịch tâm bơm: động cơ 2 pha, kích từ bởi nguồn 100V qua
chỉnh lu.
- H2111: vì điều khiển, vì chỉnh lu nhạy pha sau đó KĐ gọi là KĐ nhạy pha
(lái tự động).
451, 452: chân nhận phản hồi góc bẻ lái (à)
AD, AV, E: Chân nguồn
10, 11, 1S1, 1S2, nhận sig từ sensin độ lệch hớng đi
15: w: chỉnh thời tiết
16: Chân sig ra
H 2136:Trên TĐ
H 2136: Dới Lặp
H 2140A : là các vỉ thực hiện trung gian
- LS1; LS2: Tiếp điểm ngắt cuối
- Y
1
, Y
3
: Lái đơn giản
- DM: Biến trở điều chỉnh đèn báo đèn
II - Nguyên lý hoạt động các khối
1. Khối H 3111:
- Là khối chỉ việc làm ở chế độ lái TĐ
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 20 -
NFOFF ON
A
1
A
3

- Gồm 2 mạng chỉnh lu nhạy pha
- TR1, TR2: Chỉnh lu nhạy pha sig góc bẻ lái : nhận sig à
TRS, TR4: CL nhạy pha sig độ trên hớng đi:
- Sig sau chỉnh lu nhạy pha quá điện trở R
5
(và tụ C
1
trên) tạo sig phân hồi
góc bẻ lái K
4
. Qua tụ C
1
sig K
5
.
- Sig ra gây sụt áp R
18
- R
23
, R
24
- R
29
tạo sig độ lệch hớng đi K
1
(tỉ lệ).
- Qua tụ CHECKING 0 x 12 tạo sig VP độ lệch hớng đi: K
2
và qua tụ C
10

tạo sig K
3

dt
- Các sig đó tổng hợp đa vào đầu vào bộ KĐTT, LM 30t đợc nuôi nguồn CL
D
1
(qua tụ, sau phẳng, qua ổn áp zenben, qua biến trở).
- Sig ra KĐTT đa tầng KĐ thứ 2: Tr5, Tr6.
D
4
D
5
: Hạn chế biến sig vào
C
14
tụ lặp.
- Sig ra mạch KĐ từ cửa ra 16 đa vào 13 vỉ h2136
KL Tạo ra các sig tỉ lệ, TP, VP.
* Nguyên lý hoạt động CL nhạy pha
- Mạch
T
1
: Biến áp đảo pha 2 sig và
- Tuỳ góc quay trụ lái theo chiều nào thì rôto sensin à sẽ quay chiều đó
Cực tính của sensin đó đa vào các đàu à
- U
RD
(đa 4s1, 4s2) có thể cùng pha hoặc ngợc pha (H2)
- Suy ra nh hình (3), (4) sau chỉnh lu nếu cùng pha hoặc ngợc lại.

Hình vẽ
Nhận xét
+ U
VC
đồng pha U
V

+ G
1
> 0, P > 0; S (0)




>
>
0U
0U
GS
PS
Tr
1
thông
+ G
2
, 0 D
2
= 0 (S không xác định)
U
ĐS

< 0 ; U
GS
cha biết
Tr
2
;
+ Dòng đi 5 qua D, qua S đến A R
30
- R
35
qua R
5
qua R
4
qua R
2
về của (-)
nguồn 6.
Đặc tính có dạng sau chỉnh lu H3
- Nửa chu kỳ điểm (1) (+) : G
1
(+), D
1
(G), S
1
(0)
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 21 -
(2) (+) : G
2
(-), D

2
S
2
(-)






>
>
GsSD
1SD
U,0U
Tr0U
22
11
Không xác định Tr
2
khoa
Chiều dòng điện đi từ 5 - 6
1/2 T sau: 1 (-); 2 (+); 5 (-); 6 (+).
G
1
(+), D
1
(0) S
1
(0) U

DS
< 0, U
GS
< 0; Tr
1
khoá
G
2
(+), D
2
(0) S
2
(0) U
DS
< 0, U
GS
< 0; Tr
2
khoá
Các chu kỳ tiếp giống nửa chu kỳ
* Kết luận: Khi sig đa vào cùng pha U
V

Khi sig đa vào U
ch
ngợc pha U
V

- 1/2 T đầu:
G

1
(+) ,2 (-) , 5(-),6(+) U
DS
< 0, U
GS
< 0: Tr
1
khoá
G
2
(+), D
2
(0), S
2
(+) U
DS
< 0, U
GS
< 0: Tr
2
khoá
- 1/2 T sau (-); S
1
, 2 (+) 5 (+), 6 (-)
G
1
(+) ,2 (-) , 5(-),6(+) U
DS
< 0, U
GS

< 0: Tr
1
khoá (U
DS
> 0), U
GS
< 0
G
2
(+), D
2
(0), S
2
(+) U
DS
> 0, U
GS
> 0 Tr
2
thông
Dòng đi qua điểm (5) qua R
1
, R
3
C
1
và R
5
qua đầu à qua R
Helim

qua Tr
2
(GS) qua R
2
về 6.
Đảo pha: Sụt áp gây ra trên R
5
tạo ra K
4

C
1
tạo ra K
5

* Tr
3,
Tr
4
: độ lệch hớng đi D
1
2 cửa 10 và 11
BA T
1
tạo ra sig

đảo pha U
ch
K

1
: điện trở chechking
K
2
: Tụ C
x
K
3

dt
:
tụ C
10
, C
11
KĐ: Darlingtôn: Tr
5
; Tr
6
2. Khối H 2136:
- Tầng 1: Tr
1
Tr
2
, bộ phận thực hiện chỉnh lu nhạy pha chỉ dùng ở chế độ lái
lặp.
- Khối chỉnh lu D9, Tr
6
, Tr
7

phần thực hiện chức năng tạo nguồn một chiều
không đối xứng: + 22V, OV, - 12V
- Tr
5
, Tr
11
, Tr
14
: Thực hiện chức năng đồng bộ xung
- Tr
12
, Tr
13
,: tầng KĐ vi sai cửa vào không đối xứng
Tr
12
: B nhận sig ĐK y gửi tới y = 5 sig từ H2111 chuyển tới
LÊ THANH HạNH : lớp dtt45-đh - 22 -