原文传递
电液直驱式转叶舵机建模及控制方法研究
| 论文题名： | 电液直驱式转叶舵机建模及控制方法研究 |
| 关键词： | 转叶式舵机;矢量控制;液压调速方式;响应特性 |
| 摘要： | 舵机是控制船舶航向的主要设备，舵机的性能对于船舶的操纵性起着决定性的作用，也对船舶航行的经济性和安全性有着重要的影响。电液直驱式转叶舵机是直驱式容积控制液压调速方式与转叶式转舵机构的组合，兼具直驱式容积控制液压调速方式能源利用率高、结构简单、污染少的优点和转叶式转舵机构扭矩特性好、体积小、模块化的优点，有着良好的应用前景。 本文研究了电液直驱式转叶舵机的工作原理及结构组成，根据电液直驱式转叶舵机采用直驱式容积控制液压调速方式的特点，以及转叶式转舵机构的特点，分析了舵机系统应有的结构。由于对电液直驱式转叶舵机的控制作用是通过伺服电机实现的，因此伺服电机的性能对电液直驱式转叶舵机的性能具有重要的决定作用，本文通过仿真分析研究了舵机系统的响应特性和内部运行规律，根据分析的结果提出了利用专家PID控制方法解决舵机工作过程中遇到的控制问题。 本文根据电液直驱式转叶舵机的液压动力机构驱动形式和对舵机性能的要求，采用矢量控制技术控制交流异步电机，并实现了速度闭环，使电机在负载变化的情况下表现出良好的刚度，从而减小了舵机负载的变化对转舵速度的影响，提高了舵机的转舵精度。 本文分析了舵机在工作过程中的水动力负载，较为详细的研究了舵机工作过程中的静态水动力负载的计算方法，并利用常用的平衡舵计算了舵机的静态水动力负载与舵角的关系，为研究低速舵机的响应特性提供了参考依据，同时根据参考文献分析了舵叶在高速转舵、停舵时的动态水动力负载，研究了舵机的转舵速度提高时舵机受到的水动力负载的变化情况。 本文建立了电液直驱式转叶舵机的数学模型，并对舵机系统的响应特性进行了仿真分析，检验了矢量控制交流异步电机驱动的电液直驱式转叶舵机系统的工作特性。根据仿真实验的结果研究了影响舵机系统的动态响应能力和稳态跟踪精度的因素。 针对舵机系统由于电机功率饱和造成的饱和非线性特性及内泄漏造成的稳态误差，为舵机系统设计了积分分离PID控制器。PID控制器具有较强的鲁棒性，能够适应模型和参数的变化。由于舵机的转速较低，转至指令舵角需要的时间可能较长，这会导致积分量过大，出现超调和震荡。积分分离PID控制器在误差较大时不对误差进行积分，为PD控制器，当误差小于设定值时开始对误差进行积分。这样既可以避免积分量过大导致系统出现超调和震荡，又可以减小稳态误差。论文对控制器的控制效果进行了仿真研究。仿真结果表明积分分离PID控制器能够有效地减小超调，提高稳态时舵机系统跟踪输入信号的精度。 |
| 作者： | 文禹 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 梁利华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
