直驅(qū)式翻邊轉(zhuǎn)葉舵機(jī)建模及控制方法研究.pdf

1、隨著船舶制造業(yè)的快速發(fā)展以及海洋環(huán)境復(fù)雜化，人們對船舶的操縱性能要求越來越高，而舵機(jī)是保障船舶具有良好操縱性的重要設(shè)備之一，其操舵快慢影響著船舶的轉(zhuǎn)動變向并直接關(guān)系到船舶在海上的安全航行。其中轉(zhuǎn)葉舵機(jī)以其外部構(gòu)造簡單、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)布置在舵桿中央、體積相對更小、抗沖擊震動性能好、低噪聲、可靠性高等特點(diǎn)，受到了越來越多的關(guān)注。現(xiàn)有舵機(jī)的驅(qū)動裝置復(fù)雜，液壓管路長，占地面積大，對油液的清潔度要求高，能耗噪聲大，難以滿足船舶尤其是艦船的現(xiàn)代化要求。在

2、這種情況下，本文提出了直驅(qū)式翻邊轉(zhuǎn)葉舵機(jī)。它利用翻邊式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)自身的特點(diǎn)，并結(jié)合交流伺服電機(jī)靈活的調(diào)速控制與流體傳動系統(tǒng)出力大的優(yōu)勢，替代了易發(fā)生卡滯的液壓伺服閥和需配置變量機(jī)構(gòu)的變量泵，通過伺服電機(jī)直接驅(qū)動可雙向回轉(zhuǎn)的定量泵來實現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)向和舵位的控制。直驅(qū)式翻邊轉(zhuǎn)葉舵機(jī)具有系統(tǒng)管路短、高效節(jié)能、一體化安裝、易于控制、抗沖擊耐壓性能好等優(yōu)點(diǎn)，能有力地改善船舶的姿態(tài)及安全性能。
　　在重點(diǎn)了解舵機(jī)形式及其驅(qū)動控制歷程的基礎(chǔ)上，詳細(xì)綜

3、述了轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的特點(diǎn)、與傳統(tǒng)液壓舵機(jī)的性能比較以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；介紹了直驅(qū)式容積調(diào)速系統(tǒng)的特征及其發(fā)展?fàn)顩r，在指出閥控舵機(jī)系統(tǒng)的不足之處后，提出轉(zhuǎn)葉舵機(jī)用直驅(qū)式驅(qū)動裝置。
　　提出了一種翻邊式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計；為減小舵機(jī)腔室容積、提高舵機(jī)效率，使用遺傳算法對舵機(jī)主要部件轉(zhuǎn)葉油缸的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并利用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件對轉(zhuǎn)葉油缸缸體及轉(zhuǎn)子進(jìn)行了結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移分析；針對普通舵機(jī)密封裝置的局限性，設(shè)計了一種壓力反饋式組合密

4、封裝置。
　　針對開關(guān)式閥控和泵控開式舵機(jī)液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)進(jìn)行了直驅(qū)式動力源的集成化設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)及轉(zhuǎn)葉油缸優(yōu)化結(jié)果完成相關(guān)元件的參數(shù)計算，對功率與負(fù)載匹配下伺服電機(jī)的調(diào)速性能進(jìn)行了分析研究。
　　精確建立了交流伺服電機(jī)矢量調(diào)速環(huán)節(jié)、泵控液壓動力機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)、負(fù)載部分的數(shù)學(xué)模型；分析了影響泵控動力機(jī)構(gòu)動態(tài)性能的主要因素，并推導(dǎo)出整個舵機(jī)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)特性分析。
　　根據(jù)數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，