直驅(qū)式容積控制舵機(jī)的建模及控制仿真研究.pdf

1、船舶的航向一般都由舵機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成，因此舵機(jī)的性能決定著船舶航行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。特別是對(duì)于艦艇的舵機(jī)系統(tǒng)，更需要良好的控制船舶航向的能力，以提高艦艇的操縱性和作戰(zhàn)能力。針對(duì)常規(guī)舵機(jī)動(dòng)態(tài)特性差、功率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，論文以液壓直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)為研究對(duì)象，它采用直驅(qū)式為其驅(qū)動(dòng)方式，轉(zhuǎn)葉式馬達(dá)作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一種新型舵機(jī)形式，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的建模仿真研究。
　　 在深入了解直驅(qū)式技術(shù)和舵機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)上，以及查閱大量有關(guān)舵機(jī)、直驅(qū)式容

2、積控制、電液伺服系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)等資料的前提下，對(duì)比了傳統(tǒng)舵機(jī)與直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)直驅(qū)式技術(shù)和轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)做了詳細(xì)的特點(diǎn)總結(jié)。在分析直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理后，分別建立了變頻調(diào)速環(huán)節(jié)、動(dòng)力泵環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)葉馬達(dá)環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)的線性化數(shù)學(xué)模型，基于各個(gè)子模型得到了整個(gè)舵機(jī)系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)。由于舵機(jī)系統(tǒng)工作的外環(huán)境復(fù)雜多變，建立了敞水下以及外環(huán)境干擾下的舵葉水動(dòng)力模型，并對(duì)舵機(jī)性能與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系做了理論上的分

3、析研究。
　　 根據(jù)液壓舵機(jī)舵機(jī)技術(shù)要求和船級(jí)社對(duì)液壓舵機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，查閱大量相關(guān)船舶資料確定了舵機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并計(jì)算得到舵機(jī)系統(tǒng)的仿真參數(shù)，并針對(duì)有無(wú)水動(dòng)力干擾的情況分別建立了不同的Matlab/Simulink模型。然后，在無(wú)水動(dòng)力干擾的情況下，仿真得到了系統(tǒng)的伯德圖，并分析了舵機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及穿越頻率；分別在不同海況下、不同操舵方式下，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾性進(jìn)行了仿真分析；在加入舵葉水動(dòng)力后，仿真研究了舵機(jī)系

4、統(tǒng)的操縱性和動(dòng)態(tài)特性，以及各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)的操縱性、抗干擾性和動(dòng)靜態(tài)特性的影響。
　　 最后，根據(jù)舵機(jī)的仿真結(jié)果總結(jié)了舵機(jī)的操縱特性，以提高舵機(jī)系統(tǒng)在各個(gè)海況下、各種操舵方式下的航向控制能力為目的，設(shè)計(jì)了一種Fuzzy-PID控制器，并在不同海況不同操舵方式下，對(duì)加入Fuzzy-PID控制器的舵機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：在Fuzzy-PID算法控制下，直驅(qū)式轉(zhuǎn)葉舵機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性明顯提高，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，增大了