發(fā)布時(shí)間：2020-04-30 09:42

【摘要】： 基于變頻技術(shù)的船舶變頻液壓舵機(jī)是一種新型液壓調(diào)速系統(tǒng),它由變頻器、普通電機(jī)、定量泵、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)等構(gòu)成,通過(guò)變頻器改變電機(jī)的供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)液壓回路流量,實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的控制。船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,具有傳動(dòng)效率高、節(jié)能、可靠性高等特點(diǎn)。但該系統(tǒng)是一種典型強(qiáng)負(fù)載干擾、參數(shù)時(shí)變及多耦合的非線性系統(tǒng),傳統(tǒng)基于線性理論的控制方法不能解決該系統(tǒng)低速穩(wěn)定性、換向平穩(wěn)性及響應(yīng)快速性等實(shí)用方面存在的問(wèn)題,亟需研究和開發(fā)新的智能控制器,以滿足船舶舵機(jī)系統(tǒng)的控制性能要求。本文結(jié)合船舶舵機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),開展以下幾個(gè)方面研究工作。 首先,根據(jù)船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,通過(guò)機(jī)理法與實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合方式建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析和頻域分析,為控制方案選擇提供理論依據(jù)。 其次,為提高船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)魯棒性、響應(yīng)快速性,提出模糊自適應(yīng)PID和單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制方案。通過(guò)MATALB/SIMULINK軟件對(duì)提出的控制方案和常規(guī)PID控制分別進(jìn)行系統(tǒng)仿真對(duì)比,并對(duì)控制方案進(jìn)行優(yōu)選。 最后,設(shè)計(jì)完成基于LabVIEW的測(cè)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制和在線數(shù)據(jù)采集,通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,對(duì)方案選優(yōu)進(jìn)行驗(yàn)證。 本文分別采用模糊自適應(yīng)PID和單神經(jīng)元自適應(yīng)PID作為船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制器,通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)表明兩種控制方案性能指標(biāo)滿足船舶舵機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),為變頻液壓系統(tǒng)取代原有船舶舵機(jī)泵控系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)行了有益的探索。實(shí)現(xiàn)船舶變頻液壓舵機(jī)智能控制對(duì)于船舶航行來(lái)說(shuō)具有很重要的意義,不僅能夠降低舵機(jī)系統(tǒng)在船舶電力系統(tǒng)的負(fù)荷系數(shù),獲得節(jié)能降噪的效果,而且改善舵機(jī)機(jī)艙的工作環(huán)境,有利于工作人員的身心健康。隨著變頻技術(shù)不斷發(fā)展,船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)在船舶航運(yùn)業(yè)將具有廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

2.1 系統(tǒng)液壓結(jié)構(gòu)組成和工作原理根據(jù)變頻液壓技術(shù)原理和船舶舵機(jī)工作特性，結(jié)合閉式液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出新型船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2.1所示。1—補(bǔ)油箱；2—補(bǔ)油泵；3、5—比例溢流閥；4—變頻電機(jī)；6—換向閥；7-加載油缸；8—轉(zhuǎn)舵活塞桿；9—轉(zhuǎn)舵油缸；10—雙向安全閥；11—補(bǔ)油閥；12—卸荷電磁閥；13—雙向定量泵圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖該系統(tǒng)分為主液壓回路和補(bǔ)油回路兩部分。在轉(zhuǎn)舵動(dòng)力單元液壓回路中，主液壓回路采用變頻電機(jī)4驅(qū)動(dòng)雙向定量泵13。系統(tǒng)工作運(yùn)行時(shí)，卸荷電磁閥12得電，切斷卸荷回路，變頻電機(jī)根據(jù)控制信號(hào)的要求，以相應(yīng)工作轉(zhuǎn)速來(lái)控制定量泵13吸入轉(zhuǎn)舵液壓油缸9所需要的流量。換向時(shí)，通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向來(lái)改變定量泵13供油方向，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)舵活塞桿8的運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)平穩(wěn)換向、沖擊力小、噪聲低。當(dāng)舵角達(dá)到要求后，，變頻電機(jī)4轉(zhuǎn)速下降至泵的最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速

式減壓閥同時(shí)起到反向溢流作用，使多余的油液直接泄油回油箱。圖 2.2 為系統(tǒng)動(dòng)力單元實(shí)物照片。圖2.2 系統(tǒng)動(dòng)力單元實(shí)物2.2 船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模由于船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，用單一機(jī)理法或?qū)嶒?yàn)法建立數(shù)學(xué)模型比較困難。本文采用機(jī)理法與實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合的方式進(jìn)行建模，先通過(guò)機(jī)理分析確定結(jié)構(gòu)模型的形式，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定模型中的各個(gè)參數(shù)具體的數(shù)值[30]。2.2.1 系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)機(jī)理分析船舶變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)采用撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)。該舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)為一往復(fù)式推舵油缸，將油液的壓力轉(zhuǎn)換為缸內(nèi)柱塞的機(jī)械能，推動(dòng)舵柄轉(zhuǎn)動(dòng)，舵柄帶動(dòng)舵軸，從而改變舵葉角度。為簡(jiǎn)化分析，在推導(dǎo)舵機(jī)液壓系統(tǒng)回路動(dòng)態(tài)方程之前作如下假設(shè):
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH137

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 宋明星;基于變頻控制的風(fēng)電葉片模具液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電液系統(tǒng)研究[D];燕山大學(xué);2012年

2 劉亮清;基于XNA的船舶舵機(jī)系統(tǒng)仿真及虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2012年

3 劉永超;船舶變頻液壓舵機(jī)控制技術(shù)研究[D];集美大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2645635