變剛度拖曳負(fù)載模擬電液伺服系統(tǒng)研究.pdf

1、某拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)是模擬拖曳升沉裝置在工作中時(shí)的負(fù)載變化，實(shí)現(xiàn)拖曳升沉補(bǔ)償裝置實(shí)驗(yàn)室半實(shí)物仿真的重要設(shè)備。目的是對(duì)拖曳升沉補(bǔ)償裝置進(jìn)行全面、精確的校核。拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)的研制可將傳統(tǒng)的海上實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)室半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，以縮短拖曳升沉補(bǔ)償裝置的研制周期，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。針對(duì)拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)響應(yīng)速度快，輸出力變化范圍大的要求，采用電液伺服控制實(shí)現(xiàn)拖曳負(fù)載模擬。本文的主要內(nèi)容有：
　　1、對(duì)某拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行了介紹，建立了

2、拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)分析系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)鋼絲繩剛度是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制的一個(gè)重要參數(shù)，影響到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率、固有頻率、固有阻尼比。此外，升沉絞車轉(zhuǎn)角變化引起的多余力也將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的加載精度。
　　2、采用拉力-位移法，利用實(shí)驗(yàn)得出了鋼絲繩剛度同拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)輸出力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出鋼絲繩剛度隨輸出力的增加而增加，且呈非線性。通過(guò)分析系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)伯德圖，得出隨著鋼絲繩剛度的增加，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率、固有頻率隨之增加，而

3、系統(tǒng)的阻尼比降低。然后，采用PID控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正和仿真研究。
　　3、在主動(dòng)工作模式下，由于系統(tǒng)固有頻率、阻尼比較低，單純的PID控制器很難滿足跟蹤1Hz信號(hào)時(shí)相位差小于10°的設(shè)計(jì)要求，因此在控制器中引入了輸入前饋補(bǔ)償。但由于鋼絲繩剛度變化的影響，輸入前饋補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整。仿真分析表明該方法在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，可提高系統(tǒng)的頻寬，減小相位滯后。
　　4、拖曳負(fù)載模擬系統(tǒng)在被動(dòng)工作時(shí)，多余力的存在嚴(yán)重影響到系

4、統(tǒng)的控制精度。文中對(duì)多余力的產(chǎn)生機(jī)理和特性進(jìn)行了分析，得出多余力的大小不僅與拖曳絞車的速度、加速度、加速度的微分有關(guān)，同時(shí)與鋼絲繩的有關(guān)。為抑制多余力干擾，在控制器中基于結(jié)構(gòu)不變性原理設(shè)計(jì)了速度前饋補(bǔ)償器,并進(jìn)行了仿真分析。
　　5、對(duì)文中的理論分析和設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，在主動(dòng)加載中，實(shí)時(shí)調(diào)整控制器參數(shù)，可以取得良好的控制效果；在被動(dòng)加載中，速度前饋補(bǔ)償可有效的抑制多余力干擾。同時(shí)，所研究和設(shè)計(jì)的拖曳負(fù)載模擬