船舶变频液压舵机智能控制技术研究

发布时间：2020-04-30 09:42

【摘要】： 基于变频技术的船舶变频液压舵机是一种新型液压调速系统,它由变频器、普通电机、定量泵、转舵机构等构成,通过变频器改变电机的供电频率改变电机转速,调节液压回路流量,实现对转舵机构的控制。船舶变频液压舵机系统结构简单,具有传动效率高、节能、可靠性高等特点。但该系统是一种典型强负载干扰、参数时变及多耦合的非线性系统,传统基于线性理论的控制方法不能解决该系统低速稳定性、换向平稳性及响应快速性等实用方面存在的问题,亟需研究和开发新的智能控制器,以满足船舶舵机系统的控制性能要求。本文结合船舶舵机执行标准,开展以下几个方面研究工作。首先,根据船舶变频液压舵机系统设计要求,通过机理法与实验法相结合方式建立系统的数学模型,并对系统进行稳定性分析和频域分析,为控制方案选择提供理论依据。其次,为提高船舶变频液压舵机系统鲁棒性、响应快速性,提出模糊自适应PID和单神经元自适应PID控制方案。通过MATALB/SIMULINK软件对提出的控制方案和常规PID控制分别进行系统仿真对比,并对控制方案进行优选。最后,设计完成基于LabVIEW的测控系统,实现船舶变频液压舵机系统实时控制和在线数据采集,通过试验数据分析,对方案选优进行验证。本文分别采用模糊自适应PID和单神经元自适应PID作为船舶变频液压舵机系统的控制器,通过测控系统实现对系统的控制和数据采集。试验表明两种控制方案性能指标满足船舶舵机执行标准,为变频液压系统取代原有船舶舵机泵控系统的实用化进行了有益的探索。实现船舶变频液压舵机智能控制对于船舶航行来说具有很重要的意义,不仅能够降低舵机系统在船舶电力系统的负荷系数,获得节能降噪的效果,而且改善舵机机舱的工作环境,有利于工作人员的身心健康。随着变频技术不断发展,船舶变频液压舵机系统在船舶航运业将具有广阔的应用前景。
【图文】：

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2.1 系统液压结构组成和工作原理根据变频液压技术原理和船舶舵机工作特性，结合闭式液压系统的特点，提出新型船舶变频液压舵机系统，其系统结构原理图如图2.1所示。1—补油箱；2—补油泵；3、5—比例溢流阀；4—变频电机；6—换向阀；7-加载油缸；8—转舵活塞杆；9—转舵油缸；10—双向安全阀；11—补油阀；12—卸荷电磁阀；13—双向定量泵图2.1 系统结构原理图该系统分为主液压回路和补油回路两部分。在转舵动力单元液压回路中，主液压回路采用变频电机4驱动双向定量泵13。系统工作运行时，卸荷电磁阀12得电，切断卸荷回路，变频电机根据控制信号的要求，以相应工作转速来控制定量泵13吸入转舵液压油缸9所需要的流量。换向时，通过改变电机的转向来改变定量泵13供油方向，进而改变转舵活塞杆8的运动方向，实现执行机构平稳换向、冲击力小、噪声低。当舵角达到要求后，，变频电机4转速下降至泵的最低稳定工作转速

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式减压阀同时起到反向溢流作用，使多余的油液直接泄油回油箱。图 2.2 为系统动力单元实物照片。图2.2 系统动力单元实物2.2 船舶变频液压舵机系统数学建模由于船舶变频液压舵机系统结构较为复杂，用单一机理法或实验法建立数学模型比较困难。本文采用机理法与实验法相结合的方式进行建模，先通过机理分析确定结构模型的形式，再通过实验数据来确定模型中的各个参数具体的数值[30]。2.2.1 系统动力机构机理分析船舶变频液压舵机系统采用拨叉式转舵机构。该舵机的转舵机构为一往复式推舵油缸，将油液的压力转换为缸内柱塞的机械能，推动舵柄转动，舵柄带动舵轴，从而改变舵叶角度。为简化分析，在推导舵机液压系统回路动态方程之前作如下假设:
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH137

【引证文献】