直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、舵機(jī)是艦船最重要的輔機(jī)之一，是操縱艦船航向、保障艦船安全和航行性能的關(guān)鍵設(shè)備。其中轉(zhuǎn)葉舵機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)便、機(jī)械效率高、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，在艦船上得到日益廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有轉(zhuǎn)葉舵機(jī)需要泵站系統(tǒng)為其提供動(dòng)力，因而管路多，體積大，且控制系統(tǒng)復(fù)雜，容易發(fā)生故障，難以滿足現(xiàn)代艦船對(duì)舵機(jī)越來(lái)越高的要求。本文設(shè)計(jì)的新型轉(zhuǎn)葉舵機(jī)原理樣機(jī)——直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)是融合交流伺服技術(shù)控制靈活與液壓系統(tǒng)大出力的特點(diǎn)，并結(jié)合轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，摒棄了容易

2、發(fā)生故障的電液伺服閥和變量泵，通過(guò)直接控制定量泵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間來(lái)調(diào)整舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向、速度和舵位。直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)具有集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、控制簡(jiǎn)單靈活等特點(diǎn)，有效地提高了艦船的操縱性。直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)無(wú)節(jié)流損失和溢流損失，節(jié)能高效，是一種極具發(fā)展前景的舵機(jī)型式。
　　在查閱大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概述了舵機(jī)的發(fā)展歷程，重點(diǎn)介紹了轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外研究概況；對(duì)泵控和閥控兩種傳統(tǒng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)形式的

3、特點(diǎn)和弊端進(jìn)行了闡述，進(jìn)而提出直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的技術(shù)方案；綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)直驅(qū)式電液伺服技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出了直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。
　　采用基于協(xié)同進(jìn)化微粒群算法的約束優(yōu)化方法對(duì)轉(zhuǎn)葉馬達(dá)的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕轉(zhuǎn)葉馬達(dá)的質(zhì)量和體積。分析了現(xiàn)有轉(zhuǎn)葉舵機(jī)上廣泛使用的鑄鐵密封技術(shù)的特點(diǎn)，應(yīng)用流固耦合理論對(duì)轉(zhuǎn)葉馬達(dá)的密封結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量等因素對(duì)轉(zhuǎn)葉馬達(dá)密封性能的影響進(jìn)行了研究，提出并驗(yàn)證了一種可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合動(dòng)壓

4、金屬條密封形式，有效地提高了轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的密封能力。
　　提出直驅(qū)式電液伺服動(dòng)力源的結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)方法，分析各組成部分的功能特點(diǎn)，考慮功率匹配和負(fù)載匹配的原則下進(jìn)行動(dòng)力源元件的選型并對(duì)直驅(qū)式電液伺服動(dòng)力源進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)。從噪聲產(chǎn)生的機(jī)理上對(duì)直驅(qū)式電液伺服動(dòng)力源噪聲的根源進(jìn)行分析，找出直驅(qū)式電液伺服動(dòng)力源噪聲的主要成因，進(jìn)而提出一種基于強(qiáng)制補(bǔ)油閥和密閉壓力油罐的無(wú)動(dòng)力補(bǔ)油方案，并通過(guò)非線性有限元分析軟件進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，確定無(wú)動(dòng)力補(bǔ)油

5、方案的關(guān)鍵參數(shù)。
　　建立了直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型，確定系統(tǒng)的階數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出一種基于遺傳蟻群算法的辨識(shí)方法對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并用實(shí)測(cè)的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行了驗(yàn)證，數(shù)據(jù)擬合率達(dá)到75％以上，驗(yàn)證了辨識(shí)出的模型參數(shù)的合理性。
　　根據(jù)直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)出 QFT-LTOC魯棒控制器，結(jié)合直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的辨識(shí)模型對(duì)舵機(jī)的控制性能進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明，QFT-LTOC魯棒