1. 船舶舵机的结构组成

其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的无极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是空心杯马达。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。这两类舵机的差别是：

1、往复柱塞式舵机以上舵承来承重舵系，下舵承来定位，舵柄的压入量仅几毫米；而转叶式舵机不需要上舵承，由舵机直接承重，但是在舵机平台需要考虑水密性，舵柄的压入量需几十毫米。

2、往复柱塞式舵机对尺寸的要求较大。往复柱塞式舵机可以向一舷偏转不到40°，转叶式舵机可达70°。

2. 舵机的内部结构

舵回路是飞行控制系统对直升机的运动实施自动控制所必须有的一个伺服回路，它是飞行控制系统的一个内回路。舵回路要能严格按照指令模型或各测量元件的输出信号驱动自动倾斜器(或尾桨桨距机构)。理论和实践证明，舵回路性能的好坏,直接影响整套飞行控制系统的性能。本节依次介绍液压助力器和舵机的基本结构及工作原理，并分析舵回路的组成及其基本性能。

3. 船舶舵机的结构示意图

溢流阀安装在斤船舶尾部

溢流阀的主要作用是防止舵机油缸的工作负荷超载，保护舵设备，使之不致损坏。例如，当舵叶碰到急浪或冰块的冲击，油缸中的工作油压力急剧升高时，溢流阀打开，油便溢流到回油路。舵叶自动退让某个角度，油缸，阀件，油管和舵设备即可避免过载。这个动作过程称为防浪让舵，因此该溢流阀也称防浪阀。

4. 船舶舵机的结构组成部分

1、轮船上的方向盘叫船尾舵

2、船尾舵是设在船尾正中改变和稳定船舶航向的装置，古人称舵为“凌波至宝”。

3、舵是由船尾操纵桨演变而来的。桨不仅可以用来推船前进，还可以用来控制船的航向。设置在船尾用来控航向的桨称为船尾操纵桨或船尾舵桨。将船尾操纵桨的桨柄增长就成了艄；进一步增加桨叶的面积、改变其在船上的安装方式以提高操纵效率，便产生了舵。

5. 船舶舵机的作用

其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的无极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是空心杯马达。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。这两类舵机的差别是：

1、往复柱塞式舵机以上舵承来承重舵系，下舵承来定位，舵柄的压入量仅几毫米；而转叶式舵机不需要上舵承，由舵机直接承重，但是在舵机平台需要考虑水密性，舵柄的压入量需几十毫米。

2、往复柱塞式舵机对尺寸的要求较大。往复柱塞式舵机可以向一舷偏转不到40°，转叶式舵机可达70°。

6. 船舶舵机的结构组成图

1、每艘船舶应配备使主管机关满意的主操舵装置和辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置应使两者中之一在发生故障时，不会导致另一装置不能工作。

2、凡在液压系统中能被隔断的和由于动力源或外力作用能产生压力的任何部件，应设置安全阀。安全阀的调定应不超过设计压力。安全阀应有足够尺寸并布置成能够避免过度升高的压力超过设计压力。

3、能在船舶最深航海吃水和以最大营运前进航速前进时将舵自一舷35° 转至另一舷35°以及于相同条件下在不超过28 s 内将舵自一舷35°转至另一舷30°。

4、辅助操舵装置能在船舶最深航海吃水和以最大营运前进航速的一半或7 节前进时（取大者），在不超过60 s 内将舵自一舷15° 转至另一舷15°；

5、 如果要求舵柄处舵杆直径超过230 mm（不包括冰区加强），应设有由应急电源或位于舵机舱内的独立动力源在45 s 内自动供电的替代动力源，其容量至少满足供应符合本条

6、要求的操舵装置动力设备及其有关的控制系统和舵角指示器。此独立动力源应只用于上述目的。每艘10,000 总吨及以上的船舶，替代动力源应具有至少连续运转30 min 的能力，在任何其他船舶上则至少为10 min。

7. 船舶舵机的结构组成包括

控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。

舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制：

1、发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）；

2、副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动；

3、水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；

4、垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角；

遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。

一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。

舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。

舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等。

8. 舵机的组成及工作原理

舵机工作原理

1、概述

舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制：

1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）；

2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动；

3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；

4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角；

遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。

不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。

2、结构和控制

一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。

工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。

舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。

舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。

舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。

常见的舵机厂家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举Futaba S3003来介绍相关参数，以供大家设计时选用。之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便宜的一种（以下数据摘自Futaba产品手册）。

尺 寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm

重 量(Weight)： 37.2 g

工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V)

0.19 sec/60°(6.0V)

输出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V)

4.1 kg.cm (6.0V)

由此可见，舵机具有以下一些特点：

>体积紧凑，便于安装；

>输出力矩大，稳定性好；

>控制简单，便于和数字系统接口；

正是因为舵机有很多优点，所以，现在不仅仅应用在航模运动中，已经扩展到各种机电产品中来，在机器人控制中应用也越来越广泛。

3、用单片机来控制

正是舵机的控制信号是一个脉宽调制信号，所以很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机，比方PLC、单片机等。这里介绍利用51系列单片机产生舵机的控制信号来进行控制的方法，编程语言为C51。之所以介绍这种方法只是因为笔者用2051实现过，本着负责的态度，所以敢在这里写出来。程序用的是我的四足步行机器人，有删改。单片机并不是控制舵机的最好的方法，希望在此能起到抛砖引玉的作用。

2051有两个16位的内部计数器，我们就用它来产生周期20 ms的脉冲信号，根据需要，改变输出脉宽。基本思路如下（请对照下面的程序）：

我用的晶振频率为12M，2051一个时钟周期为12个晶振周期，正好是1/1000 ms，计数器每隔1/1000 ms计一次数。以计数器1为例，先设定脉宽的初始值，程序中初始为1.5ms，在for循环中可以随时通过改变a值来改变，然后设定计数器计数初始值为a，并置输出p12为高位。当计数结束时，触发计数器溢出中断函数，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ，在子函数中，改变输出p12为反相（此时跳为低位），在用20000（代表20ms周期）减去高位用的时间a，就是本周期中低位的时间，c=20000-a，并设定此时的计数器初值为c，直到定时器再次产生溢出中断，重复上一过程。

# include <reg51.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uint a,b,c,d;

sbit p12=P1^2;

sbit p13=p1^3;

sbit p37=P3^7;

void timer0(void) interrupt 1 using 1

{p12=!p12;

c=20000-c;

TH0=-(c/256); TL0=-(c%256);

if(c>=500&&c<=2500)c=a;

else c="20000-a";

}

void timer1(void) interrupt 3 using 1

{p13=!p13;

d=20000-d;

TH1=-(d/256); TL1=-(d%256);

if(d>=500&&d<=2500)d=b;

else d="20000-b";

}

void main(void)

{TMOD=0x11;

p12=1;

p13=1;

a=1500;

b=1500;

c=a;d=b;

TH0=-(a/256); TL0=-(a%256);

TH1=-(b/256); TL1=-(b%256);

EA=1;

ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;

ET1=1; TR1=1;

PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;

for(;;)

{

}

}

因为在脉冲信号的输出是靠定时器的溢出中断函数来处理，时间很短，因此在精度要求不高的场合可以忽略。因此如果忽略中断时间，从另一个角度来讲就是主程序和脉冲输出是并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改变a值，例如让a从500变化到2500，就可以让舵机从0度变化到180度。另外要记住一点，舵机的转动需要时间的，因此，程序中a值的变化不能太快，不然舵机跟不上程序。根据需要，选择合适的延时，用一个a递增循环，可以让舵机很流畅的转动，而不会产生像步进电机一样的脉动。这些还需要实践中具体体会。

舵机的速度决定于你给它的信号脉宽的变化速度。举个例子，t＝0试，脉宽为0.5ms，t＝1s时，脉宽为1.0ms，那么，舵机就会从0.5ms对应的位置转到1.0ms对应的位置，那么转动速度如何呢？一般来讲，3003的最大转动速度在4.8V时为0.23s/60度，也就是说，如果你要求的速度比这个快的话，舵机就反应不过来了；如果要求速度比这个慢，可以将脉宽变化值线性到你要求的时间内，做一个循环，一点一点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。当然，具体这一点一点到底是多少，就需要做试验了，不然的话，不合适的话，舵机就会向步进电机一样一跳一跳的转动了，尝试改变这“一点”，使你的舵机运动更平滑。还有一点很重要，就是舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程，这就是舵机会产生像步进电机一样运动的原因

9. 船舶舵系的结构与组成

原理：船用舵是小展弦比（即舵高与舵宽比值）的平板或机翼结构。当舵转动时候，作用在舵叶上的力可以分解为舵阻力与舵升力，其中舵阻力是沿着流体流动的方向（也就是船舶航行方向），舵升力垂直于流体流向。舵升力相对于船舯会产生转舵力矩，使得船舶转向。

船舵本义：船尾用以控制行向的装置。单提“舵”字，默认一般指船舵，如把舵(掌舵)。随着科技的发展和进步，也出现了“车舵（汽车驾驶时控制方向的装置）”和“机舵（应用偏航运动原理制作的飞机末尾部分的附着有纹摺的,或可活动的辅助机翼,在飞行时用来控制其水平动向）”。“船舵”，附设于船体外，利用船舶航行时作用于舵叶上的流体动力而控制船舶航向的装置。通常由舵叶和舵杆组成