摘要：舰船操纵控制系统是一个极其重要的控制系统，其性能直接影响着舰船航行的安全性、操纵性和经济性。系统的发展受到了世界各国海军和工业部门的高度重视，国内舰船操纵技术也一直受到相关科研院所的重视，特别是潜艇操纵控制系统，已从过去的单机、单控状态向集中、联合、全自动、网络信息化方向转变。基于此，本文主要对水面舰船操舵系统陆上联调试验进行分析探讨。
关键词：水面舰船；操舵系统；陆上联调试验
前言
水面舰船操控系统陆上联调实验室是在实验室内用半实物仿真的方法，一方面，对装船设备的功能和技术性能进行检查和测试，暴露和发现设计及生产缺陷并加以解决，减少系泊和航行试验的时间和风险；另一方面，依靠陆上联调实验手段，研究系统的技术匹配性、功能协调性，进行系统操纵控制品质研究、失效模式分析与挽回措施研究、故障复现与克服措施研究以及对舰艇员综合操练培训等。
1、操舵系统陆上联调试验的必要性
（1）操舵系统作为水面舰船的关键系统，直接影响舰船的操纵性、生命力和安全性，操舵系统运行的协调性、可靠性对舰船至关重要。如操舵系统各设备存在故障或设备之间的匹配存在问题，轻则使舰船操纵不稳定、机动性差，重则导致舰船失控、甚至发生撞船等重大事故。操舵系统陆上联调试验与实船试验相比，可更为全面、充分地对之进行测试、调整和验证，是确保操舵系统协调、可靠、安全运行的有效手段。
（2）随着水面舰船吨位不断增大，舵机由电动舵机发展到液压舵机，由小型阀控舵机发展到泵控舵机，增加了辅泵及伺服机构，使设备更加复杂，相应的拖动控制及报警设备也更加复杂，自动操舵仪的功能也不断增加，有些还有电气同步功能；而且由于设备配套原因，不同设备之间接口增加。因此操舵系统复杂化客观上也要求通过操舵系统陆上联调试验来验证。
（3）从水面舰船试验、试航及使用情况看，未经过陆上联调试验的舰船，操舵系统故障多，个别甚至影响到舰船安全运行。例如：操舵灵敏度超标、操舵有振荡现象、操舵不来舵、只能单向操舵、操舵跑舵。造成上述故障现象原因很多，有设计不匹配、电气参数与液压系统参数调整不合理、液压阀件与液压泵组调整不合理、电气元件故障、液压阀件故障、泵组故障、液压油受污染等等原因。通过操舵系统陆上联调试验能及时发现接口错误、参数调整不合理、设计不匹配等问题，消除设备及元器件的早期故障。
2、操舵系统陆上联调试验基本方案和设施、场地要求
操舵系统陆上联调试验的目的主要是检查设备接口的正确性；检查各工况下，系统运行的可靠性和安全性；验证系统功能和设计指标；提前暴露和解决系统中存在的设计和制造缺陷。其基本试验方案是将被试操舵系统与舵机动态加载系统、自动航行仿真系统及试验场地的其他辅助设备、设施组成陆上联调试验系统。自动操舵仪接收航行控制指令，经过运算，由伺服机构控制液压舵机油缸运动，产生转舵动作，舵机油缸运动带动舵机反馈机构和仿真反馈机构转动产生反馈舵角。舵机反馈机构将舵角反馈送至自动操舵仪，实现舵机角度闭环控制。仿真反馈机构将反馈舵角送至自动航行仿真系统的接口装置，经运算后送至自动操舵仪，参与航行综合运算，实现航行闭环控制。由舵机动态加载系统进行加载，模拟航行过程中偏舵时舵板上所承受的水动力，配合被试舵机的加载运行。操舵系统陆上联调试验设施要求包括：
（1）舵机动态加载系统
主要用于给参试液压舵机按舵力矩曲线进行加载，模拟舵板上承受的水动力，检查其对操舵系统静、动态性能的影响。由液压源、舵力矩模拟装置、安装底座和控制装置四部分组成。控制装置通过电液伺服阀控制加载柱塞油缸施加在舵机推舵机构拉杆和推舵油缸上的力，并通过反馈机构实现对加载力的闭环控制。
（2）自动航行仿真系统
主要用于模拟船舶在操舵控制下的运动。由接口装置、船舶运动数学仿真器、综导仿真器、网络服务器等设备组成。由接口装置接收反馈机构的舵角信号，船舶运动数学仿真器根据船舶的运动数学模型计算船舶航向的变化，再通过综导仿真器将信号传递给自动操舵仪。操舵系统陆上联调试验场地要求主要包括：
a.试验区
用于布置全套参试设备、试验设施、接线用电缆、连接液压油及冷却水的管路区域。可按照相应功能区进行相应的划分，并采取必要的隔音措施。
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b.配电装置
用于操舵系统提供电源以及试验设施提供电源。一般采用双市电及自备发电机组相结合的供电模式。一路市电断电时，可自动切换至另一路市电，两路均断电时，由自备发电机组供电。
c.泵组安装底座
用于安装泵组油箱、主辅泵机组、伺服泵组。一般采用槽钢加钢板焊接而成，具有足够的强度承受液压舵机受力。所有安装孔的尺寸与实船相同。
d.液压油
用于为试验提供液压油。设有足够容量储备油箱，试验用液压油的品质应与实际要求一致。
e.冷却水源
用于冷却油箱油液。设有足够流量的冷却水泵。
f电缆
用于为试验提供电缆，电缆的型号、截面、长度与实船一致。
g仪器仪表
用于为试验中提供稳压电源及相关参数提供测量、测试仪表。仪表精度一般不低于1级。
h.起重设备
用于被试设备的安装固定。设有足够起吊重量的起重设备，其强度和刚度满足试验要求。
3、操舵系统陆上联调试验项目
液压舵机通用技术条件、液压舵机试验方法、海洋船舶液压舵机都规定了液压舵机出厂试验项目；船用自动操舵仪通用技术条件、舰船自动操舵仪通用规范也规定了自动舵的出厂试验项目。但操舵系统陆上联调试验项目均未规定，而且出厂试验都是在开环情况下进行采用简单和随动操舵，因此可将两者相结合。首先，在操舵系统各设备出厂试验合格并在联调试验台架上安装后，进行单机恢复、检查设备接口正确性、空载性能；然后，进行加载状态下的系统开环试验，测试系统在加载状态下各性能指标；再进行闭环系统试验，通过自动航行仿真系统，模拟闭环系统试验；最后进行应急操舵及连续运转试验，检查系统运行的可靠性和安全性。以下列举项目作为参考。
（1）操舵系统检查试验
相关试验包括：单机恢复；操舵方式及转换；转舵时间测量；系统灵敏度及跟随误差；限位装置可靠性检查；阀组压力整定；报警功能；绝缘电阻检查。
（2）操舵系统开环试验
相关试验包括：双通道转换舵角零位误差检查；随动操舵状态下舵角跟随误差；随动操舵；稳舵试验；隔离旁通转换试验；负扭矩操舵。
（3）操舵系统闭环试验
相关试验包括：自动航向灵敏度测试；航向修正动态性能测试。
（4）人力应急操舵试验
（5）连续运转试验
4、结束语
鉴于操舵系统的重要性、复杂性以及配套设备性能不够稳定的现实情况，对于大型舰船，尤其是批量舰船的首制舰船的操舵系统进行陆上联调试验是必要的也是易行的。操舵系统陆上联调试验，将操舵系统设备与仿真设备构成闭环系统，通过动态加载系统进行加载试验，并可进行半实物仿真试验。有利于提前发现和解决系统设计、制造、使用中出现的问题，降低风险，提高安全性和可靠性；利用仿真模拟手段，实现航向控制，便于相关参数调整，并可进一步分析舵机时间常数、舵机故障等对操舵系统的影响。
参考文献：
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[4]刘国平.船舶电气与通讯［M］.北京：海洋出版社，2007.
论文作者:杨东东
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第35期
论文发表时间:2019/12/18
标签：舵机论文; 系统论文; 舰船论文; 陆上论文; 设备论文; 液压油论文; 闭环论文; 《建筑模拟》2019年第35期论文;