舵機電液伺服調(diào)節(jié)器耦合振動特性及其控制研究.pdf

1、隨著造船技術的發(fā)展，船舶日益趨向大型化、高速化，船舶液壓舵機由電液伺服調(diào)節(jié)器進行控制，要求調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性、可靠性和動態(tài)性能好。電液伺服調(diào)節(jié)器是一個電液伺服系統(tǒng)，當伺服閥進行啟閉動作時，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的水擊經(jīng)過管路的傳輸，在活塞端引起較大的振動幅值，容易產(chǎn)生跑舵現(xiàn)象。液壓水擊現(xiàn)象是系統(tǒng)的非恒定流動，是流動參數(shù)階躍變化時的動態(tài)過渡過程，特別是電液伺服調(diào)節(jié)器的閥芯、閥套為互動關系，對水擊的影響更加復雜。本文以REG260型調(diào)節(jié)器為例，對電液伺服調(diào)節(jié)

2、器的水擊誘發(fā)振動機理和特性及其相關因素的影響規(guī)律進行深入的研究，以便采取相應的控制措施來減小或抑制水擊振動，保障系統(tǒng)有較好的動態(tài)性能。
　　 首先對電液伺服調(diào)節(jié)器的靜動態(tài)特性進行了分析，利用對稱閥控非對稱缸的理論，定義了系統(tǒng)的負載流量和壓力，考慮對稱閥存在零位間隙和泄漏，建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型，進行仿真，得到系統(tǒng)的穩(wěn)定性能、階躍響應和跟蹤性能指標。
　　 然后考慮油液與結(jié)構(gòu)耦合作用，對激振源――反饋閥套式伺服閥的耦合水擊振

3、動特性進行研究，利用油液粘度較大的瞬變流摩阻模型，推導了完備的伺服閥耦合水擊運動微分方程，運用特征線法獲得了系統(tǒng)激振力的特性；對剛性管路以及動邊界液壓缸，采用拉格朗日網(wǎng)格法處理動邊界條件，進行活塞端的水擊傳輸特性頻域的計算分析，表明忽略動邊界對管路系統(tǒng)的影響會造成很大的誤差，在動邊界條件下，泊松耦合的對水擊壓力幅值的影響不明顯，連接耦合在伺服閥開啟較快時，管路中水擊效應明顯；伺服閥開啟較慢時，管路軸向振動以應力波頻率振動的受迫振動占主導

4、地位，水擊振動中高頻成分增加；伺服閥啟閉動作結(jié)束后，活塞端仍有較大的壓力振動幅值。
　　 伺服閥的啟閉規(guī)律對水擊振動的影響比較顯著，根據(jù)調(diào)節(jié)器的水擊耦合振動方程，運用非線性規(guī)劃算法，得到系統(tǒng)耦合水擊振動的優(yōu)化伺服閥啟閉規(guī)律曲線。在此規(guī)律作用下計算得到水擊壓力衰減率近似達7dB；從實際工程應用出發(fā)，對優(yōu)化啟閉規(guī)律采用兩階段、三階段線性化處理，水擊壓力下降率可達18.2[％]；采用自適應神經(jīng)模糊推理方法控制優(yōu)化啟閉動作，取得了較好的

5、效果。
　　 根據(jù)調(diào)節(jié)器的水擊振動響應計算結(jié)果，從調(diào)整系統(tǒng)阻抗和減小激振源影響兩個方面進行了振動控制研究。結(jié)果表明，調(diào)整管路長度是從頻域分析避開諧振頻率點的簡單有效的方法，將REG260型電液伺服調(diào)節(jié)器的管長改進為0.73m，壓力振動衰減率可達6dB；根據(jù)負載阻抗、活塞面積以及容腔初始長度等參數(shù)的影響規(guī)律，應用非線性規(guī)劃方法優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)，調(diào)整了系統(tǒng)的阻抗，壓力振動衰減率近似可達6dB，有效的減小了水擊壓力幅值。
　　

6、最后通過REG260型電液伺服調(diào)節(jié)器的實驗，對其靜動態(tài)以及水擊耦合振動特性進行了實驗研究，表明利用對稱閥控非對稱缸理論所建立的數(shù)學模型，可以有效的進行系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別以及輸入信號與輸出位移的關系研究；利用耦合水擊振動模型在伺服閥控制口水擊壓力振動的計算結(jié)果與實驗測試值偏差為2.87[％]，實驗得到的液壓缸無桿腔壓力變化趨勢與計算結(jié)果基本一致，驗證了耦合振動模型的正確性；運用伺服閥的兩階段啟閉規(guī)律，測得活塞無桿腔的壓力下降了13.04[％