船舶舵机加载系统设计与控制策略研究

发布时间：2017-05-13 08:12

  本文关键词：船舶舵机加载系统设计与控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以中国人民解放军海军工程大学100吨加载力舵机加载试验台的实际工程项目为背景,对用于船舶类舵机的加载试验的舵机加载系统进行了方案设计、优化以及控制策略的研究。舵机加载系统是一种模拟舵机在工作状况下的受力情况的半实物试验设备,具有节约实验成本、缩短研制周期、提高成功率、可靠性强等优点,对在航空航天、军事武器、车辆船舶等领域的产品研发均具有重要的战略意义和经济价值舵机加载系统已有四十多年的研究历史,其大多数产品主要应用于飞行器领域。针对船舶舵机自身惯性力大、受水动力频率范围宽的特点,船舶舵机加载系统需要实现较高频率和较大输出力的加载,相比于广泛应用于飞行器的舵机加载系统其技术要求更高、设计难度更大。因此,对更高性能的舵机加载系统的研究依然是具有重要价值的。本文的研究内容主要有以下几点。根据实际项目的技术要求指标以及对基本原理分析,对舵机加载系统的主要元件进行了初步的计算选型。然后建立数学模型系统方块图,并使用Simulink软件分别对惯性加载装置和加载系统进行仿真分析,找到其性能上存在的问题。通过时域仿真和频域仿真,发现惯性加载装置,加载系统性能上所存在的问题。对惯性加载装置存在的性能问题进行分析,并通过仿真分析其影响因素,找到通过改变结构参数改善非线性的方法。在此基础上提出了根据液压马达频率特性曲线与结构参数对应关系,对主要元件的选型进行了优化的方法。经过仿真分析,验证了这一方法能够有效地提高惯性加载装置的加载精度。对多余力产生原理及其特性进行分析,并通过仿真验证了多余力存在的微分特性。对此采用速度补偿策略抑制多余力,通过仿真验证发现速度补偿能够有效削减多余力,但高频加载时剩余多余力仍然很大。采用内模控制策略进行前馈补偿进一步对对多余力进行抑制。通过仿真验证了速度前馈结合内模控制的复合控制方法可以有效地抑制高频信号产生的多余力,提高加载系统的加载精度。
【关键词】：船舶舵机 惯性加载装置 加载系统 多余力 结构不变性 内模控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.82;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9
• 1.2 研究的目的和意义9
• 1.3 舵机加载系统的研究现状9-14
• 1.3.1 国外舵机加载系统研究现状9-12
• 1.3.2 国内舵机加载系统研究现状12-14
• 1.4 舵机加载系统主要技术难点14
• 1.5 多余力抑制策略综述14-15
• 1.5.1 结构式补偿原理15
• 1.5.2 控制式补偿原理15
• 1.6 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 舵机加载系统初步方案设计与分析17-41
• 2.1 技术要求与指标17-18
• 2.2 舵机加载系统的工作原理与系统构成18-20
• 2.2.1 舵机加载试验台的工作原理18-19
• 2.2.2 舵机加载试验台的系统构成19-20
• 2.3 初步设计计算与选型20-28
• 2.3.1 液压缸设计计算及选型20-23
• 2.3.2 伺服阀设计计算及选型23-24
• 2.3.3 液压马达及惯量盘设计计算及选型24-27
• 2.3.4 传感器选型27
• 2.3.5 试验台整体尺寸27-28
• 2.4 舵机加载系统的建模分析28-40
• 2.4.1 舵机加载系统的传递函数模型28-33
• 2.4.2 舵机加载系统所存在问题的研究33-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 惯性加载装置的优化方法研究41-52
• 3.1 影响惯性加载装置加载精度的主要因素41
• 3.2 非线性摩擦的抑制方法研究41-46
• 3.3 提高惯性加载系统传动特性的优化方法研究46-48
• 3.4 优化效果的仿真验证48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 加载系统控制策略研究52-65
• 4.1 多余力的产生原理52
• 4.2 多余力特性的仿真分析52-54
• 4.3 基于结构不变性原理的速度前馈补偿策略54-57
• 4.4 基于前馈逆模型观测器结构的内模控制策略57-64
• 4.4.1 内模控制原理57-61
• 4.4.2 内模控制器的设计61-63
• 4.4.3 内模控制器的仿真分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：362015