電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)建模及控制方法研究.pdf

1、舵機(jī)是控制船舶航向的主要設(shè)備，舵機(jī)的性能對于船舶的操縱性起著決定性的作用，也對船舶航行的經(jīng)濟(jì)性和安全性有著重要的影響。電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)是直驅(qū)式容積控制液壓調(diào)速方式與轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的組合，兼具直驅(qū)式容積控制液壓調(diào)速方式能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、污染少的優(yōu)點(diǎn)和轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)扭矩特性好、體積小、模塊化的優(yōu)點(diǎn)，有著良好的應(yīng)用前景。
　　本文研究了電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)采用直驅(qū)式容積控制液壓調(diào)速方式的

2、特點(diǎn)，以及轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，分析了舵機(jī)系統(tǒng)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)。由于對電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的控制作用是通過伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)的，因此伺服電機(jī)的性能對電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的性能具有重要的決定作用，本文通過仿真分析研究了舵機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)特性和內(nèi)部運(yùn)行規(guī)律，根據(jù)分析的結(jié)果提出了利用專家PID控制方法解決舵機(jī)工作過程中遇到的控制問題。
　　本文根據(jù)電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的液壓動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動形式和對舵機(jī)性能的要求，采用矢量控制技術(shù)控制交流異步電機(jī)，并實(shí)現(xiàn)了速度閉環(huán)

3、，使電機(jī)在負(fù)載變化的情況下表現(xiàn)出良好的剛度，從而減小了舵機(jī)負(fù)載的變化對轉(zhuǎn)舵速度的影響，提高了舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵精度。
　　本文分析了舵機(jī)在工作過程中的水動力負(fù)載，較為詳細(xì)的研究了舵機(jī)工作過程中的靜態(tài)水動力負(fù)載的計(jì)算方法，并利用常用的平衡舵計(jì)算了舵機(jī)的靜態(tài)水動力負(fù)載與舵角的關(guān)系，為研究低速舵機(jī)的響應(yīng)特性提供了參考依據(jù)，同時根據(jù)參考文獻(xiàn)分析了舵葉在高速轉(zhuǎn)舵、停舵時的動態(tài)水動力負(fù)載，研究了舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵速度提高時舵機(jī)受到的水動力負(fù)載的變化情況。

4、r>　　本文建立了電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并對舵機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真分析，檢驗(yàn)了矢量控制交流異步電機(jī)驅(qū)動的電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)系統(tǒng)的工作特性。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果研究了影響舵機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度的因素。
　　針對舵機(jī)系統(tǒng)由于電機(jī)功率飽和造成的飽和非線性特性及內(nèi)泄漏造成的穩(wěn)態(tài)誤差，為舵機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了積分分離PID控制器。PID控制器具有較強(qiáng)的魯棒性，能夠適應(yīng)模型和參數(shù)的變化。由于舵機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)至指令舵角需要的