船用阀门电液位置伺服控制系统动态特性的研究

发布时间：2017-03-19 05:07

  本文关键词：船用阀门电液位置伺服控制系统动态特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着船舶自动化技术不断地发展,船舶中许多系统都安装了大量阀门,其主要作用是调整船舶姿态、保证系统的正常运行。而阀门控制系统通常是保证阀门正常工作的关键。因此,船用阀门控制系统动态特性的理论分析与优化具有重要意义。本文以船舶压载水系统中的阀门控制系统为研究对象,把电液伺服控制技术应用在该系统中。针对伺服控制系统存在的问题,引入智能控制算法对其进行优化,具体的研究工作如下:首先,分析了压载水系统中阀门电液伺服控制系统的结构与原理,运用传递函数法建立了伺服控制系统的数学模型。利用Matlab软件得到了系统的开环伯德图,对控制系统的稳定性进行了研究。研究结果表明控制系统是稳定的。其次,应用AMESim软件建立了阀门电液伺服控制系统的物理仿真模型。模拟了阀门的实际工作状况,对伺服系统中存在的问题进行了分析。结合系统的实际应用环境,分别探讨了不同的外负载、不同的放大器增益、不同的液压缸泄漏系数与内径以及不同的伺服阀阻尼比对伺服控制系统动态特性的影响。再次,分析了常规PID控制与模糊控制各自的结构及特点。针对控制系统中的问题,设计了模糊PID控制器。在Matlab/Simulink中分别建立了模糊PID控制与常规PID控制的仿真模型,对两种控制算法的控制效果进行了仿真对比研究。结果表明模糊PID控制系统的控制效果优于常规PID控制。最后,搭建了AMESim/Simulink联合仿真平台。通过AMESim/Simulink联合仿真技术,进一步验证了模糊PID控制算法在接近真实环境中的有效性。研究结果表明:与常规PID控制相比,模糊PID控制降低了控制系统的响应时间,减小了液压缸活塞及阀门位移的动态误差,增强了系统的抗干扰性。
【关键词】：船用阀门 电液伺服系统 动态特性 联合仿真
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.84;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题来源及研究背景11-12
• 1.1.1 课题研究的背景11-12
• 1.1.2 课题来源12
• 1.2 本课题的国内外研究现状12-17
• 1.2.1 电液伺服控制技术的发展现状12-14
• 1.2.2 阀门控制系统的研究与发展现状14-17
• 1.3 存在问题及分析17
• 1.4 本文研究的目的与意义17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 电液位置伺服系统的数学建模与分析19-31
• 2.1 船舶压载水系统的阀门控制系统分析19-21
• 2.2 电液伺服控制系统的结构21
• 2.3 电液伺服控制系统的数学建模21-27
• 2.3.1 功率放大器的传递函数21-22
• 2.3.2 伺服阀的传递函数22-23
• 2.3.3 液压动力机构的传递函数23-27
• 2.3.4 位移传感器的传递函数27
• 2.4 各环节传递函数的计算27-29
• 2.5 系统稳定性分析29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 基于AMESim的控制系统动态特性的分析31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 AMESim建模方法的研究31-32
• 3.3 控制系统仿真模型的建立32-33
• 3.4 模型参数的设置及仿真33-36
• 3.5 系统动态特性影响因素的分析36-45
• 3.5.1 外负载的变化36-38
• 3.5.2 功率放大器的增益38-39
• 3.5.3 液压缸的泄漏系数39-41
• 3.5.4 液压缸的缸体内径41-43
• 3.5.5 伺服阀阻尼比43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 模糊PID控制器的设计与仿真分析46-63
• 4.1 引言46
• 4.2 常规PID控制算法46-48
• 4.2.1 PID控制的原理46-48
• 4.2.2 PID参数的整定方法48
• 4.3 模糊控制算法48-51
• 4.3.1 模糊控制原理48-49
• 4.3.2 模糊控制器的结构49-51
• 4.4 模糊PID控制器的设计51-58
• 4.4.1 模糊PID控制器的结构与原理51-52
• 4.4.2 模糊控制器的设计52-58
• 4.5 控制系统的建模与仿真58-62
• 4.5.1 无干扰的控制系统模型58-59
• 4.5.2 仿真结果对比分析59-60
• 4.5.3 有干扰的控制系统模型60-61
• 4.5.4 仿真结果对比分析61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 基于AMESim/Simulink的联合仿真验证63-72
• 5.1 引言63
• 5.2 联合仿真原理及环境设置63-64
• 5.2.1 联合仿真原理63-64
• 5.2.2 联合仿真设置64
• 5.3 联合仿真模型的建立64-68
• 5.4 联合仿真结果对比分析68-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的项目78

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