实际船舶自动舵的型号繁多，结构相异，但都由上面阐述的一些基本环节组成。下面试以国产HQ-5型自动操舵仪为例介绍自动舵装置的结构功能。

1.系统的组成

HQ-5型自动舵系统基本上由驾驶室主操舵台，舵机房简易操舵台，伺服机构，反馈装置和电源箱等组成。它的单动（应急）操舵、随动操舵和自动操舵三种操舵方式，可根据船舶航行中的具体情况加以择用。自动操舵采用比例—微分调节，并设有压舵环节。系统的原理方框图如图7-17所示。

图7-17　HQ-5型自动舵原理方框图

图7-18　信号发送电路　

2.信号发送电路

偏航信号发送器，随动信号发送器和舵角反馈信号发送器都是控制式自整角机，如图7-18所示。它们单机使用，其定子的单相激磁绕组接到110 V的单相电源上，转子的三相整步绕组只联接其中的两相作出输出绕组，转轴分别由罗经接收机（分罗经），操舵手轮或舵柱通过机械传动装置带动。自整角机处于协调位置时，无输出。以自动操舵为例，当船在给定航向上航行时，F1处于协调位置，无输出信号，船一旦偏离给定航向，于是分罗经带动F1的转子转过相应的一个角度，则F1的输出绕组S2-S3输出一个相应的正弦电压偏航信号。

电路中两个稳压管WZ31、WZ32起输出信号的钳位作用，防止信号过大堵塞后级放大路。

3.相敏整流电路

由偏航信号发送器，随动信号发送器和舵角反馈信号发送器输出的交流信号电压分别送到相敏整流电路中进行整流检相。相敏整流电路如图7-19所示。

这个电路实际上是一个二极管环形解调器。它正常工作的条件是：元件对称，桥臂平衡，参考电压大于信号电压（U ref＞U S），且频率相同。

当U S=0时，U 0=0。

当U S≠0，且与U ref相位相同时，在正半周，29与S 2同电位，故输出直流电压U 0为正极性；在负半周，27与S 2同电位。所以U 0也为正极性。

图7-19　相敏流电路

当U S≠0，且与U ref相位相反（差180°）时，在正半周，27与S 2同电位，故U 0为负极性；在负半周，29与S 2同电位，所以U 0同样为负极性。

相敏整流电路具有鉴别信号发送器送来的交流信号相位的功能。

4.信号比较、压舵环节和直流放大电路

如图7-20所示，经过相敏整流后输出的指令舵角信号Uφ和舵角反馈信号Uβ加在电阻R 10、R 11与电阻R 12、R 13上。R 10、R 11、R 12、R 13构成了信号比较电路，输出电压为U 0=Uφ+Uβ。显然，只有当指令舵角与实际舵角相等时，Uφ才与Uβ大小相等，极性相反，U 0=0，舵叶才停止转动。

图7-20　信号比较和直流放大电路

晶体管VT1、VT2与VT11、电阻R 202、R 204～R 210、稳压管WZ30、电位器R48等组成具有恒流环节、零点可调的差分放大电路。由比较电路输出的信号电压U出经电容C 2滤除高次谐波，又经二极管VD21、VD22的双向限幅，以差值方式输入到VT 1、VT2管的基极，又以差值方式从VT1、VT2管的集电极输出。由于后级是脉冲形成电路，为了避免它对差分放大器工作的影响，所以用VT12、VT15管组成的射极跟随器加以隔离。

R 51、R 212和R 43、R 111分别组成自动操舵和随动操舵时的灵敏度调节电路。它是根据串联分压原理工作的，调节电位器R 51、R 43，就可调节系统的灵敏度。

图7-21　比例调节电路　

自动操舵时的压舵环节是在差分放大器的输入端加入某一极性固定的直流信号电压来实现的。电阻R 32、R 35和电位器R 34组成了压舵电路，它实际上是一个直流电桥。调节电位器R34则电桥将有三种输出情况，即输出为零，或输出为正极性压舵电压信号，或输出为负极性压舵电压信号，压舵信号的大小，亦由电位器R 34调节获得。

5.比例调节电路图7-21所示的是比例调节电路。

比例舵调节是通过改变舵角反馈电压的大小来实现的。自动操舵时，比较电路中接入了电阻R 44，它和电阻R 37、R 38、R 39构成串联分压电路。

当波段开关K15打开70位置时，输出电压为

平衡状态时，Uβ=0，舵叶停转，故Uβ=2Uφ即比例系数K 1=2。当K15打开在71位置时，

即比例系数K 1=3。当K15打在72位置时

即比例系数K 1=4。

6.微分调节电路

HQ-5型自动操舵仪中，微分调节电路是通过在舵角反馈信号电路中接入RC积分电路来实现主通道的微分调节的，如图7-22（a）所示。（a）图可以等效成（b）图。

图7-22　微分调节电路(www.daowen.com)

在“0”档（K 21置0位），微分调节电路不接通。在“1”档（K 21置1位），微分系数为

在“2”档（K 21置2位），微分系数为

在“3”档（K 21置3位），微分系数为

显然，“3”档时微分效果最强。

7.脉冲形成与晶闸管触发电路

如图7-23所示，直流放大电路输出的差值信号有三种情况：U差=0，对应于停舵的情况；U差＞0，对应于操左舵的情况；U差＜0，对应于操右舵的情况。

图7-23　脉冲形成与晶闸管触发电路

由图可见，脉冲形成与晶闸管触发电路有对称的两套，操左舵或操右舵各用一套。差值信号经过电容C 3滤除高次谐波，再经过二极管VD13、VD14限幅后，分别输送到VT2、VT4管的基极。当输入差值信号U差＞0时，对脉冲形成电路接地点来说，相当于94端电位小于0，95端电位大于0，根据晶体管导通条件，VT 3导通，VT 4截止。VT3导通后，集电极电位降低，经过R 64、R 69分压，造成VT5的基极电位低于其发射极电位，于是VT5立即导通。由于构成了R 67对VT 3管的并联正反馈，使上述导通程度加剧，很快达到饱和状态，形成输出端的继电特性，即在电阻R 73上输出一个前沿陡峭的正脉冲。

稳压管WZ12提供了管VT 5的发射极基准电位，只有当基极输入电位低于此基准电位时，管VT 5才能导通，从而提高了管T5的抗干扰能力。稳压管WZ15仅影响输出信号幅度，作用不大，一般可以省略。

复合管VT7、VT9，整流桥ZL10，变压器4B的原边绕组等组成了交流开关电路。1B副绕组提供了28 V的交流电源。当电阻R 73上输出一个正脉冲时，复合管VT7、VT 9饱和导通，变压器4B中有交流电流通过，其副边输出交流电压，经过整流桥ZL12整流，稳压管WZ7限幅，得到了触发晶闸管SCR2导通的正脉冲。SCR2触发导通后，右舵电磁阀打开。通过执行整置，使舵叶右转。若电阻R73上无输出正脉冲.则复合管VT7、VT 9截止，4B中无交流电流通过，晶闸管触发脉冲不产生，SCR2就关断，航叶停转。

稳压管WZ5起限幅作用，电阻R77起限流作用，它们共同保护复合管VT7、VT9的b、e极间不被击穿。脉冲整形电路中的电阻R 79、R 80是限流电阻。

以上叙述的是U差＞0时的情况。如果U差＜0，即94端电位高于95端电位时，则管VT4导通，VT 3截止，另一套电路工作，触发晶闸管SCR1导通，操纵舵叶左转。电路工作原理同上。

如果差值信号U差=0，即94端与95端同电位，则管VT3、VT4都截止，舵叶停转。

8.晶闸管主电路与应急操舵电路

晶闸管主电路与应急操舵电路如图7-24所示。舵机的执行装置有两套双机组，依靠机组选择开关K1来选定，可使其中一套工作，另一套备用，也可使两套机组同时工作。Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ、Ⅳ分为两套机组的左舵电磁阀和右舵电磁阀线圈。

图7-24　晶闸管主电路与应急操舵电路

K2是操舵方式转换开关，由自动、随动、应急三种操舵方式选择。自动和随动操舵时，K2置在147位置时，故由晶闸管SCR1和SCR2来通断左舵或右舵电磁阀，主电路电源由整流器ZL8提供。应急操舵时，K2断开。

K6和K7是操舵地点选择开关，有驾驶台，预备指挥室，舵机房三个地点可供选择。驾驶台操舵时，自动、随动、应急都可进行，而预备指挥室或舵机房操舵时，只能进行应急操舵。因有两套机组，故需两个转换开关。

K8、K9、K10是三个应急操舵手柄开关，分别位于驾驶台，舵机房和预备指挥室。应急操舵时，K2断开，此时若进行驾驶台应急操舵，K6（K7）置于“驾驶台”，由手柄K8即可控制左舵右舵电磁阀的通断，实现单动操舵，而主电路电源由ZL9提供。若要在舵机房或预备指挥室进行应急操舵，则K6（K7）置于“舵机房”或“预备指挥室”。用手柄K9或K10进行应急操舵。此时主电路电源由ZL16（或ZL17）提供。

XCK1～XCK4是舵角限位开关的常闭的触头。D23～D26分为与各自相并联的电磁阀线圈构成断电放电回路。

9.偏航报警与操舵系统失压报警电路

图7-25（a）所示的是偏航报警电路。偏航报警只在自动操舵时工作（通过转换开关K2控制）。K19是常开触头，当偏航5°～7°时，自动板上的凸轮将使其闭合，蜂鸣器Y-2发出声响，进行偏航报警。K20是常闭触头，在船舶调整航向时，应将其按下，以免报警。

图7-25（b）是失压报警电路其电源由报房供给。在自动操舵情况下（用K2控制），当机组电源突然中断时，CJ 1释放，常闭触点闭合，失压指示灯1XD点燃，蜂鸣器Y-1发出声响，进行失压报警。

上面讲述了HQ-5型自动操舵仪中一些主要环节的基本工作原理。把这些环节综合起来就得到一张完整的HQ-5型的自动舵电路原理图。如图7-26所示，参见插页。

图7-25　偏航报警与失压报警电路

图7-26　HQ～5型自动舵电路图

对船舶自动舵，我们只举了HQ-5型自动舵的例子。尽管船舶自动舵的种类繁多，电路形式亦各不相同，但自动舵的基本工作原理和线路分析方法都基本相同的。读者在学习过程中应该把基本的东西学到手，这样就能举一反三，提高独立工作能力。

习题与思考

7-1　舵机电力拖动与控制的基本要求有哪一些？

7-2　船舶舵机的操舵方式有哪几种？各自特点如何？

7-3　自动舵具有哪些基本类型？

7-4　自动操舵的调节规律有哪一些？它各自对操舵系统产生何种影响？

7-5　自动舵有哪些主要调节环节？HQ-5型自动舵中是采用何种方法进行这些调节的？

7-6　详细说明HQ-5型自动舵中相敏整流电路及压舵电路的作用原理。