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原文传递新型电液力加载装置的集成设计

论文题名：	新型电液力加载装置的集成设计
关键词：	船舶实验;轴系力加载装置;电液伺服系统;集成设计
摘要：	轴系力加载装置是在实验室环境内对船舶轴系进行负载模拟和性能测试的实验设备，对于降低实船实验成本和提高轴系可靠性有着重要意义。现有的力加载装置多以阀控液压缸作为执行器件，在工作过程中控制阀本身的节流损失使得系统效率低下，同时产生大量的高频自激噪声，降低系统稳定性和控制精度。针对阀控力加载系统的缺点，本文从一个轴系加载工程项目出发，研制了一种基于帕斯卡原理的新型电液力加载装置，采用电动缸代替传统的伺服阀，依靠改变封闭油液体积的方式产生高压以推动加载液压缸，实现高精度的动态力跟踪控制。为了同时从机械和控制性能的角度获得最优的设计参数、避免传统设计方法的局限性，本文采用集成设计的思想研究了新型力加载装置的参数选择问题，并通过实验验证了设计结果。具体的研究内容如下。　　首先，介绍了新型加载装置的主要组成部件，分析了系统的工作原理，建立了各执行元件的数学模型。针对加载过程中力检测困难的问题，构建了基于加载缸压力反馈的半闭环的力控制结构并从频域上探讨了其可行性。将由于液压油混入空气造成的非线性环节替换为范围可知的时变参数，从而把原有的非线性模型转化为一个线性时变模型。研究了参数变化对于系统频域特性的影响，并设计了包含内环速度控制、外环压力控制和压力前馈控制的复合控制器。　　随后，提出了力加载系统的设计需求，利用系统数学模型建立了一系列性能指标函数，定量分析了设计变量之间的相互联系及影响。基于以上分析结果，以最小化电机功率和力跟踪误差为设计目标，采用权重法构造了同时包含系统机械和控制参数的多目标非线性约束优化问题，并通过粒子群算法对其进行求解以获得最优的设计参数。　　最后，根据优化结果对各部件进行了选型，搭建了电液力加载实验平台，开发了人机交互界面和下位控制软件。实际装置的动态力跟踪实验结果验证了半闭环力控制策略的可行性。同时，所设计的加载装置满足了期望的性能指标，表明了机械和控制参数集成设计方法的有效性。
作者：	宋宇宸
专业：	轮机工程
导师：	吴金波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文