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减摇鳍液压系统设计及研究

张兴恩  
【摘要】:减摇鳍是安装于船舶两侧,通过与水流相作用,产生作用力来平衡船舶左右摇摆所造成倾覆力矩的一种减摇装置,当前在我国国防建设和基础建设领域需求十分紧迫。减摇鳍系统主要有减摇鳍结构、电液控制等关键技术,电液控制系统承担着减摇鳍转动及收放的任务,其控制性能直接影响转鳍安全、船舶减摇功效及系统能耗。因此开展超大型减摇鳍电液控制系统的研究是提升我国海上实力的一个重要举措,具有很强的工程应用背景和重要的学术研究价值。 本论文以设计任务为依据,对比分析各个功能模块的方案优缺点,确立了一套双泵并联控制减摇鳍液压系统,并对其参数进行设计计算;完成了耦合控制策略的设计及控制程序编制;并以此系统为基础,对变量泵变量机构及系统进行数学建模;规划系统试验流程,以试验结果验证所建立的仿真模型,仿真对比研究不同控制策略下的双泵轨迹跟随情况等动态特性。 论文的主要研究内容如下: 第一章,本章介绍了减摇鳍减摇机理,介绍其液压系统及同步控制策略国内外现状,综述了减摇鳍系统的研究进展和存在的更高的需求,进而指出本文的研究目的和意义及所要开展的研究内容。 第二章,本章介绍了减摇鳍液压系统的设计任务;建立减摇鳍负载模型;将液压系统分成几个模块,针对各个模块设计几种方案,对比分析各方案的优缺点,综合设计出满足任务需求的整体方案;并对所设计的液压系统进行主要参数设计计算。 第三章,本章介绍了超大型减摇鳍双泵并联控制系统的概况。在满足系统功能的前提下,对比分析双泵并联控制的几种控制策略方案,最终确立了耦合同步控制策略,并在此基础上对其进行优化设计,采用耦合同步控制和负反馈补偿方法、前馈补偿相结合的优化控制算法。最后按照要求编写系统控制程序。 第四章,本章对变量泵中的变量机构进行数学建模,分析其变量缸活塞位移与输入电信号之间的关系函数;然后对液压系统主回路进行数学建模,得到其流量函数及系统传递函数。而后为系统搭建AMESim仿真模型,在不同压力等级、不同控制策略的作用下,针对系统响应情况进行仿真分析。仿真表明,在同样的负载、同样输入控制信号的前提下,前馈-耦合负反馈控制的控制曲线最接近理想曲线。 第五章,本章以减摇鳍液压系统为平台,对液压系统进行试验。首先确定实验内容并规划试验流程;分析双泵响应特性;并在不同控制策略下进行双泵并联控制试验,对试验结果与仿真曲线进行对比验证,试验证明前馈-耦合负反馈控制对减小系统反馈信号误差及双泵信号之间的差值有一定作用,为进一步研究如何提高双泵同步提供试验支撑。 第六章,本章概括总结了全文的主要研究工作与成果,并作了工作展望,为本文未来进一步深入研究提供参考思路和方向。


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