舵機(jī)電液伺服調(diào)節(jié)器耦合振動(dòng)特性及其控制研究.pdf

1、隨著造船技術(shù)的發(fā)展，船舶日益趨向大型化、高速化，船舶液壓舵機(jī)由電液伺服調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，要求調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性、可靠性和動(dòng)態(tài)性能好。電液伺服調(diào)節(jié)器是一個(gè)電液伺服系統(tǒng)，當(dāng)伺服閥進(jìn)行啟閉動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的水擊經(jīng)過(guò)管路的傳輸，在活塞端引起較大的振動(dòng)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(dòng)，是流動(dòng)參數(shù)階躍變化時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程，特別是電液伺服調(diào)節(jié)器的閥芯、閥套為互動(dòng)關(guān)系，對(duì)水擊的影響更加復(fù)雜。本文以REG260型調(diào)節(jié)器為例，對(duì)電液伺服調(diào)節(jié)

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

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

4、地位，水擊振動(dòng)中高頻成分增加；伺服閥啟閉動(dòng)作結(jié)束后，活塞端仍有較大的壓力振動(dòng)幅值。
　　 伺服閥的啟閉規(guī)律對(duì)水擊振動(dòng)的影響比較顯著，根據(jù)調(diào)節(jié)器的水擊耦合振動(dòng)方程，運(yùn)用非線性規(guī)劃算法，得到系統(tǒng)耦合水擊振動(dòng)的優(yōu)化伺服閥啟閉規(guī)律曲線。在此規(guī)律作用下計(jì)算得到水擊壓力衰減率近似達(dá)7dB；從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，對(duì)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(dá)18.2[％]；采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理方法控制優(yōu)化啟閉動(dòng)作，取得了較好的

5、效果。
　　 根據(jù)調(diào)節(jié)器的水擊振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果，從調(diào)整系統(tǒng)阻抗和減小激振源影響兩個(gè)方面進(jìn)行了振動(dòng)控制研究。結(jié)果表明，調(diào)整管路長(zhǎng)度是從頻域分析避開(kāi)諧振頻率點(diǎn)的簡(jiǎn)單有效的方法，將REG260型電液伺服調(diào)節(jié)器的管長(zhǎng)改進(jìn)為0.73m，壓力振動(dòng)衰減率可達(dá)6dB；根據(jù)負(fù)載阻抗、活塞面積以及容腔初始長(zhǎng)度等參數(shù)的影響規(guī)律，應(yīng)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(dòng)衰減率近似可達(dá)6dB，有效的減小了水擊壓力幅值。
　　

6、最后通過(guò)REG260型電液伺服調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)，對(duì)其靜動(dòng)態(tài)以及水擊耦合振動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，表明利用對(duì)稱(chēng)閥控非對(duì)稱(chēng)缸理論所建立的數(shù)學(xué)模型，可以有效的進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別以及輸入信號(hào)與輸出位移的關(guān)系研究；利用耦合水擊振動(dòng)模型在伺服閥控制口水擊壓力振動(dòng)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值偏差為2.87[％]，實(shí)驗(yàn)得到的液壓缸無(wú)桿腔壓力變化趨勢(shì)與計(jì)算結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了耦合振動(dòng)模型的正確性；運(yùn)用伺服閥的兩階段啟閉規(guī)律，測(cè)得活塞無(wú)桿腔的壓力下降了13.04[％