直驅式電液伺服轉葉舵機關鍵技術及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、舵機是艦船最重要的輔機之一，是操縱艦船航向、保障艦船安全和航行性能的關鍵設備。其中轉葉舵機由于具有結構緊湊、安裝簡便、機械效率高、噪音小等優(yōu)點，在艦船上得到日益廣泛的應用?，F(xiàn)有轉葉舵機需要泵站系統(tǒng)為其提供動力，因而管路多，體積大，且控制系統(tǒng)復雜，容易發(fā)生故障，難以滿足現(xiàn)代艦船對舵機越來越高的要求。本文設計的新型轉葉舵機原理樣機——直驅式電液伺服轉葉舵機是融合交流伺服技術控制靈活與液壓系統(tǒng)大出力的特點，并結合轉葉舵機的技術優(yōu)勢，摒棄了容易

2、發(fā)生故障的電液伺服閥和變量泵，通過直接控制定量泵的轉動方向、轉速和運轉時間來調整舵機的運轉方向、速度和舵位。直驅式電液伺服轉葉舵機具有集成度高、結構緊湊、占地面積小、控制簡單靈活等特點，有效地提高了艦船的操縱性。直驅式電液伺服轉葉舵機無節(jié)流損失和溢流損失，節(jié)能高效，是一種極具發(fā)展前景的舵機型式。
　　在查閱大量國內外有關文獻的基礎上，概述了舵機的發(fā)展歷程，重點介紹了轉葉舵機的特點和國內外研究概況；對泵控和閥控兩種傳統(tǒng)舵機驅動形式的

3、特點和弊端進行了闡述，進而提出直驅式電液伺服轉葉舵機的技術方案；綜述了國內外對直驅式電液伺服技術的研究現(xiàn)狀，指出了直驅式電液伺服轉葉舵機的特點和關鍵技術。
　　采用基于協(xié)同進化微粒群算法的約束優(yōu)化方法對轉葉馬達的幾何參數進行優(yōu)化設計，減輕轉葉馬達的質量和體積。分析了現(xiàn)有轉葉舵機上廣泛使用的鑄鐵密封技術的特點，應用流固耦合理論對轉葉馬達的密封結構、表面質量等因素對轉葉馬達密封性能的影響進行了研究，提出并驗證了一種可自動補償的復合動壓

4、金屬條密封形式，有效地提高了轉葉舵機的密封能力。
　　提出直驅式電液伺服動力源的結構組成及設計方法，分析各組成部分的功能特點，考慮功率匹配和負載匹配的原則下進行動力源元件的選型并對直驅式電液伺服動力源進行集成化設計。從噪聲產生的機理上對直驅式電液伺服動力源噪聲的根源進行分析，找出直驅式電液伺服動力源噪聲的主要成因，進而提出一種基于強制補油閥和密閉壓力油罐的無動力補油方案，并通過非線性有限元分析軟件進行仿真分析和計算，確定無動力補油

5、方案的關鍵參數。
　　建立了直驅式電液伺服轉葉舵機的數學模型，確定系統(tǒng)的階數，在此基礎上提出一種基于遺傳蟻群算法的辨識方法對系統(tǒng)模型參數進行辨識，并用實測的輸入輸出信號進行了驗證，數據擬合率達到75％以上，驗證了辨識出的模型參數的合理性。
　　根據直驅式電液伺服轉葉舵機的結構特點和技術指標要求設計出 QFT-LTOC魯棒控制器，結合直驅式電液伺服轉葉舵機的辨識模型對舵機的控制性能進行了仿真研究，結果表明，QFT-LTOC魯棒