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《哈尔滨工程大学》 2010年
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船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计

韩洪祥  
【摘要】: 船舶舵机系统作为重要的船舶操纵设备,其性能的好坏直接影响船舶的可靠性,安全性、稳定性。本文针对传统船舶液压舵机系统自身存在的效率低、噪声、振动大等缺点,以直驱式容积控制技术设计新型的高性能舵机液压系统,并对直驱式容积控制舵机系统的控制策略进行了仿真研究。本课题的研究内容对船舶操舵系统的发展和直驱式容积控制技术的应用具有重要的促进作用。 本文在查阅参考资料的基础上,对比了传统电液舵机系统与直驱式容积控制舵机系统的优缺点,并根据直驱式容积控制技术和遗传算法在船舶运动控制中的研究现状,确定了本文的主要研究内容。根据直驱式容积控制舵机系统的组成和工作原理,对直驱式容积控制液压舵机的调速系统进行了选型和建模,并且利用线性化的方法分别建立了动力机构和直驱式液压舵机的传递函数模型。由于舵叶水动力既是舵机系统功率校核指标,又是舵机系统的力干扰环节,所以对舵面水动力特性进行了分析和建模,并根据某型舵叶参数确定了其水动力曲线。为了对直驱式容积控制液压舵机系统的动态特性进行较为准确的仿真分析,基于功率键合图的方法,采用Amesim仿真软件建立直驱式容积控制液压舵机系统考虑非线性的仿真模型,为舵机系统的动态仿真打下了基础。代入直驱式液压舵机系统的仿真参数,设计了同步电机调速系统和整个系统的PID控制器;利用Amesim仿真软件对同步电机调速系统和直驱式容积控制液压舵机系统进行了相应的动态特性仿真,根据仿真曲线对整个液压舵机系统进行了分析和总结。为提升直驱式容积控制电液舵机系统的整体性能,针对传统PID控制器控制精度、系统动态性能、稳定性的不足,采用遗传算法,对传统PID控制器进行优化设计。通过对比控制器优化前后舵机系统的仿真曲线的变化发现,优化后的系统无论是快速性,还是跟踪精度都有了很大的提升,能较好的满足液压舵机系统的性能指标要求。
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