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模糊PID控制在船用舵机电液伺服单元中的应用

方磊  
【摘要】: 船舶自动舵是船舶系统中不可缺少的重要设备,随着对航行安全及营运需求的增长,人们对自动舵的要求也日益提高。液压控制系统具有响应速度快、频带宽、刚度大、抗干扰能力强、执行机构的功率-重量比和扭矩-惯量比大等优点,在船舶自动舵执行机构中有广泛应用。舵机电液伺服控制单元是整个舵机的核心部件,它是连接舵机与操纵装置之间的部分,起到执行控制信号,并进行反馈控制的作用。本文分析了舵机电液伺服控制单元的输出误差,提出了相应的减少误差控制方案,为进一步研究提升舵机性能打下了基础。 本次研究对舵机电液伺服控制单元的控制阀进行了选择,分析了三通阀和四通阀的特点。对阀芯的受力进行了分析,考虑了摩擦力、液动力、弹簧回复力等因素,建立了阀芯的力平衡方程和运动方程,为系统建立了数学模型。将系统用Matlab进行了仿真,分析了系统的频域特性和时域特性,用Routh判据对系统进行了稳定性分析,并对系统的稳态误差和静态误差进行定性分析,从中寻找出系统需要改进的地方。 针对舵机电液伺服控制单元的特点,设计了相应的控制策略,对传统PID控制和模糊控制进行重点分析,将PID控制与模糊控制结合,并设计了模糊PID控制器对系统加以控制,用不同信号对系统进行仿真。仿真结果表明,在变工况条件下模糊PID控制器有效的减小了系统的输出误差,提高了响应时间,与传统PID相比控制性能更好。


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