直驅(qū)式容積控制舵機的建模及控制仿真研究.pdf

1、船舶的航向一般都由舵機系統(tǒng)來完成，因此舵機的性能決定著船舶航行的安全性和經(jīng)濟性。特別是對于艦艇的舵機系統(tǒng)，更需要良好的控制船舶航向的能力，以提高艦艇的操縱性和作戰(zhàn)能力。針對常規(guī)舵機動態(tài)特性差、功率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，論文以液壓直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機為研究對象，它采用直驅(qū)式為其驅(qū)動方式，轉(zhuǎn)葉式馬達作為其執(zhí)行機構(gòu)的一種新型舵機形式，并對其進行了相關(guān)的建模仿真研究。
　　 在深入了解直驅(qū)式技術(shù)和舵機發(fā)展的基礎(chǔ)上，以及查閱大量有關(guān)舵機、直驅(qū)式容

2、積控制、電液伺服系統(tǒng)和電動機等資料的前提下，對比了傳統(tǒng)舵機與直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的優(yōu)缺點，并對直驅(qū)式技術(shù)和轉(zhuǎn)葉式舵機做了詳細的特點總結(jié)。在分析直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的組成結(jié)構(gòu)和工作原理后，分別建立了變頻調(diào)速環(huán)節(jié)、動力泵環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)葉馬達環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)的線性化數(shù)學(xué)模型，基于各個子模型得到了整個舵機系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)。由于舵機系統(tǒng)工作的外環(huán)境復(fù)雜多變，建立了敞水下以及外環(huán)境干擾下的舵葉水動力模型，并對舵機性能與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系做了理論上的分

3、析研究。
　　 根據(jù)液壓舵機舵機技術(shù)要求和船級社對液壓舵機的技術(shù)指標(biāo)，查閱大量相關(guān)船舶資料確定了舵機系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)，并計算得到舵機系統(tǒng)的仿真參數(shù)，并針對有無水動力干擾的情況分別建立了不同的Matlab/Simulink模型。然后，在無水動力干擾的情況下，仿真得到了系統(tǒng)的伯德圖，并分析了舵機系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及穿越頻率；分別在不同海況下、不同操舵方式下，對系統(tǒng)的動態(tài)特性和抗干擾性進行了仿真分析；在加入舵葉水動力后，仿真研究了舵機系

4、統(tǒng)的操縱性和動態(tài)特性，以及各個結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對系統(tǒng)的操縱性、抗干擾性和動靜態(tài)特性的影響。
　　 最后，根據(jù)舵機的仿真結(jié)果總結(jié)了舵機的操縱特性，以提高舵機系統(tǒng)在各個海況下、各種操舵方式下的航向控制能力為目的，設(shè)計了一種Fuzzy-PID控制器，并在不同海況不同操舵方式下，對加入Fuzzy-PID控制器的舵機系統(tǒng)進行了驗證，結(jié)果表明：在Fuzzy-PID算法控制下，直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機系統(tǒng)的動態(tài)特性明顯提高，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力，增大了