船舶液压舵机系统建模及其智能云模型控制

发布时间：2020-09-03 08:51

　　 现代船舶的航向控制一般由装备了自动操舵仪的自动舵系统来完成。船舶舵机是实现船舶航向控制的重要执行机构,其本身也是一种典型的位置随动控制系统。舵机的控制性能与船舶航行的操纵性、经济性和航行安全息息相关。本文对船舶液压舵机系统的数学模型和液压舵机系统云模型控制进行了系统的研究,并将所建立的液压舵机数学模型应用于轮机模拟器实际系统中,完成了液压舵机仿真系统并应用于船员培训;作者研究了基于云模型的智能控制算法,完成了船舶液压舵机系统云模型控制器设计和仿真验证。所完成的研究工作具体如下:(1)选择实船使用的川崎FE21-064型舵机系统作为研究控制对象,根据拨叉式液压舵机的结构特点、工作原理以及操作要求,采用模块化建模思想和液压传动相关理论,建立了船舶液压舵机系统的动态数学模型,并仿真验证了所建舵机数学模型的正确性和有效性。(2)结合所建的船舶液压舵机数学模型,作者应用C语言和VC++软件开发完成了液压舵机系统的数学模型算法和二维可操作界面,设计并实现了舵机液压回路显示界面、舵机驾驶台操纵界面、舵机集控室报警界面和舵机驾驶台报警界面。采用实时仿真平台SUPERSIM实现了二维仿真界面和三维虚拟现实系统的信息交互,最终完成了 DMS轮机模拟器中的液压舵机仿真系统开发,含有该液压舵机仿真系统的轮机模拟器己实际应用于管理级船舶轮机工程师培训。(3)针对船舶液压舵机系统本身以及环境中存在的不确定性干扰因素,本文根据云模型算法不确定性推理思想,设计实现了应用于液压舵机控制系统的PD+I型云模型智能控制器。使用云模型控制器分别在单泵四缸和双泵四缸工况下对舵机系统进行控制仿真计算,仿真结果表明所设计的PD+I型云模型控制器对液压舵机的控制效果优于经典PID控制,具有良好的自适应能力和抗干扰能力,控制系统的快速性和鲁棒性都有所提升,为船舶液压舵机系统的控制研究提供了一种新的解决思路。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U664.41
【部分图文】：

图２．１舵叶的水作用力逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ邋ｏｆ邋ｒｕｄｄｅｒ邋ｂｌａｄｅｒ逡逑当船舶航行时，舵叶总是处在船舶的尾流中。如图２．１为舵叶的水作用力原理逡逑图。船舶中纵线与舵叶横剖面中线之间的夹角称之为舵角ａ。船舶在大洋中航行逡逑时，当舵角《邋＝邋０°时，此时的舵叶会处于正舵位置，这样在舵叶的两侧的水作用力逡逑正好是大小相等方向相反，可以保持船舶的航向不变；如果使舵叶朝向任一舷侧逡逑偏转任一角度《，水流在舵叶两侧的对称性就会受到破坏，当水流通过舵叶的两逡逑侧时，舵叶的迎水面流速小于背水面，迎水面的静压力也小于背水面。此时，水逡逑压力的合力即舵叶两侧所受到的舵压力巧的方向会处于垂直于舵叶的方向上，作逡逑用在点０上并指向舵叶的背水面。此外，舵叶会在舵叶的中线方向受到水流产生逡逑摩擦力（其方向与中线方向相同）。舵叶上的水动力为舵压力和摩擦力的合力尸。逡逑相对舵压力而言，摩擦力很小，因此舵压力近似为舵的水动力。舵的水动力能产逡逑生使船体转动的力矩

Ｆｉｇ．２．３邋Ｆｉｇｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｘｉａｌ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｐｕｍｐ邋ｗｉｔｈ邋ｔｉｌｔｅｄ邋ｐｌａｔｅ逡逑１－栗轴；２－配流盘；３－缸体；４－柱塞；５－斜盘：６－配油窗口；邋７、８－吸排油口；邋９－泵体逡逑在图２．３中，缸体３与泵轴１是用键连接在一起的，沿轴向在缸体３上均匀加逡逑工出一圈油缸；缸中柱塞４靠机械或油压的方法始终贴在斜盘５上，斜盘５是通逡逑过绕点０进行偏转，相对于泵轴线的倾角的轴线可以改变。逡逑从斜盘端看，原动机经主泵轴１带动缸体作顺时针方向回转，假若斜盘处在逡逑图２．３中所示的倾斜方向，在转过左半周过程中，油缸内空间逐渐增加，由接口邋７逡逑吸油；在转过右半周过程中，油缸内容积逐渐减少，将吸入的油从接口邋８排出［４９－５Ｑ］。逡逑其流量方程可表示为：逡逑Ｑ－—ｄ１ｚｎｒ］ｖＤｘ邋ｔａｎ／？逦（２．１）逡逑４逡逑式中，２为液压油的流量，（ｍ３／ｍｉｎ）；邋ｄ为柱塞直径，０．０２３ｍ；邋ｚ为柱塞个数，本逡逑文取７个；《为油泵转速，１８００ｒ／ｍｉｎ；邋Ｄ，为柱塞中心分布圆直径，０．２５ｍ；邋为斜逡逑盘倾角

邋Ａ－Ａ邋Ｉ逦＾逡逑图２．３斜盘式轴向柱塞泵示意图逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｆｉｇｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｘｉａｌ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｐｕｍｐ邋ｗｉｔｈ邋ｔｉｌｔｅｄ邋ｐｌａｔｅ逡逑１－栗轴；２－配流盘；３－缸体；４－柱塞；５－斜盘：６－配油窗口；邋７、８－吸排油口；邋９－泵体逡逑在图２．３中，缸体３与泵轴１是用键连接在一起的，沿轴向在缸体３上均匀加逡逑工出一圈油缸；缸中柱塞４靠机械或油压的方法始终贴在斜盘５上，斜盘５是通逡逑过绕点０进行偏转，相对于泵轴线的倾角的轴线可以改变。逡逑从斜盘端看，原动机经主泵轴１带动缸体作顺时针方向回转，假若斜盘处在逡逑图２．３中所示的倾斜方向，在转过左半周过程中，油缸内空间逐渐增加，由接口邋７逡逑吸油；在转过右半周过程中，油缸内容积逐渐减少，将吸入的油从接口邋８排出［４９－５Ｑ］。逡逑其流量方程可表示为：逡逑Ｑ－—ｄ１ｚｎｒ］ｖＤｘ邋ｔａｎ／？逦（２．１）逡逑４逡逑式中，２为液压油的流量，（ｍ３／ｍｉｎ）；邋ｄ为柱塞直径，０．０２３ｍ；邋ｚ为柱塞个数，本逡逑文取７个；《为油泵转速

【参考文献】

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本文编号：2811222