電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機建模及控制方法研究.pdf

1、舵機是控制船舶航向的主要設(shè)備，舵機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)濟性和安全性有著重要的影響。電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機是直驅(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)點和轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)扭矩特性好、體積小、模塊化的優(yōu)點，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)葉舵機采用直驅(qū)式容積控制液壓調(diào)速方式的

2、特點，以及轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的特點，分析了舵機系統(tǒng)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)。由于對電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的控制作用是通過伺服電機實現(xiàn)的，因此伺服電機的性能對電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機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系統(tǒng)的響應(yīng)特性和內(nèi)部運行規(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)葉舵機的液壓動力機構(gòu)驅(qū)動形式和對舵機性能的要求，采用矢量控制技術(shù)控制交流異步電機，并實現(xiàn)了速度閉環(huán)

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

4、r>　　本文建立了電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機的數(shù)學(xué)模型，并對舵機系統(tǒng)的響應(yīng)特性進行了仿真分析，檢驗了矢量控制交流異步電機驅(qū)動的電液直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機系統(tǒng)的工作特性。根據(jù)仿真實驗的結(jié)果研究了影響舵機系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度的因素。
　　針對舵機系統(tǒng)由于電機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，為舵機系統(tǒng)設(shè)計了積分分離PID控制器。PID控制器具有較強的魯棒性，能夠適應(yīng)模型和參數(shù)的變化。由于舵機的轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)至指令舵角需要的