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直驱式容积控制舵机的建模及控制仿真研究
| 论文题名： | 直驱式容积控制舵机的建模及控制仿真研究 |
| 关键词： | 转叶式舵机;直驱技术;变频调速;建模仿真;穿越频率;动态特性;抗干扰性 |
| 摘要： | 船舶的航向一般都由舵机系统来完成，因此舵机的性能决定着船舶航行的安全性和经济性。特别是对于舰艇的舵机系统，更需要良好的控制船舶航向的能力，以提高舰艇的操纵性和作战能力。针对常规舵机动态特性差、功率低、结构复杂等缺点，论文以液压直驱式转叶舵机为研究对象，它采用直驱式为其驱动方式，转叶式马达作为其执行机构的一种新型舵机形式，并对其进行了相关的建模仿真研究。 在深入了解直驱式技术和舵机发展的基础上，以及查阅大量有关舵机、直驱式容积控制、电液伺服系统和电动机等资料的前提下，对比了传统舵机与直驱式转叶舵机的优缺点，并对直驱式技术和转叶式舵机做了详细的特点总结。在分析直驱式转叶舵机的组成结构和工作原理后，分别建立了变频调速环节、动力泵环节、转叶马达环节和反馈环节的线性化数学模型，基于各个子模型得到了整个舵机系统的线性化数学模型和系统的总传递函数。由于舵机系统工作的外环境复杂多变，建立了敞水下以及外环境干扰下的舵叶水动力模型，并对舵机性能与结构尺寸的关系做了理论上的分析研究。 根据液压舵机舵机技术要求和船级社对液压舵机的技术指标，查阅大量相关船舶资料确定了舵机系统的各个结构参数，并计算得到舵机系统的仿真参数，并针对有无水动力干扰的情况分别建立了不同的Matlab/Simulink模型。然后，在无水动力干扰的情况下，仿真得到了系统的伯德图，并分析了舵机系统的稳定性以及穿越频率；分别在不同海况下、不同操舵方式下，对系统的动态特性和抗干扰性进行了仿真分析；在加入舵叶水动力后，仿真研究了舵机系统的操纵性和动态特性，以及各个结构参数的变化对系统的操纵性、抗干扰性和动静态特性的影响。 最后，根据舵机的仿真结果总结了舵机的操纵特性，以提高舵机系统在各个海况下、各种操舵方式下的航向控制能力为目的，设计了一种Fuzzy-PID控制器，并在不同海况不同操舵方式下，对加入Fuzzy-PID控制器的舵机系统进行了验证，结果表明：在Fuzzy-PID算法控制下，直驱式转叶舵机系统的动态特性明显提高，增强了系统的抗干扰能力，增大了系统的带宽，使直驱式容积控制舵机系统能正常并高效地工作在恶劣的海况下。 |
| 作者： | 王蕾 |
| 专业： | 模式识别与智能系统 |
| 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： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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