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原文传递舵机电液伺服调节器耦合振动特性及其控制研究

论文题名：	舵机电液伺服调节器耦合振动特性及其控制研究
关键词：	船舶液压舵机;电液伺服调节器;非恒定流动;水击振动;控制措施
摘要：	随着造船技术的发展，船舶日益趋向大型化、高速化，船舶液压舵机由电液伺服调节器进行控制，要求调节器稳定性、可靠性和动态性能好。电液伺服调节器是一个电液伺服系统，当伺服阀进行启闭动作时，系统内产生的水击经过管路的传输，在活塞端引起较大的振动幅值，容易产生跑舵现象。液压水击现象是系统的非恒定流动，是流动参数阶跃变化时的动态过渡过程，特别是电液伺服调节器的阀芯、阀套为互动关系，对水击的影响更加复杂。本文以REG260型调节器为例，对电液伺服调节器的水击诱发振动机理和特性及其相关因素的影响规律进行深入的研究，以便采取相应的控制措施来减小或抑制水击振动，保障系统有较好的动态性能。　　首先对电液伺服调节器的静动态特性进行了分析，利用对称阀控非对称缸的理论，定义了系统的负载流量和压力，考虑对称阀存在零位间隙和泄漏，建立了系统的数学模型，进行仿真，得到系统的稳定性能、阶跃响应和跟踪性能指标。　　然后考虑油液与结构耦合作用，对激振源――反馈阀套式伺服阀的耦合水击振动特性进行研究，利用油液粘度较大的瞬变流摩阻模型，推导了完备的伺服阀耦合水击运动微分方程，运用特征线法获得了系统激振力的特性；对刚性管路以及动边界液压缸，采用拉格朗日网格法处理动边界条件，进行活塞端的水击传输特性频域的计算分析，表明忽略动边界对管路系统的影响会造成很大的误差，在动边界条件下，泊松耦合的对水击压力幅值的影响不明显，连接耦合在伺服阀开启较快时，管路中水击效应明显；伺服阀开启较慢时，管路轴向振动以应力波频率振动的受迫振动占主导地位，水击振动中高频成分增加；伺服阀启闭动作结束后，活塞端仍有较大的压力振动幅值。　　伺服阀的启闭规律对水击振动的影响比较显著，根据调节器的水击耦合振动方程，运用非线性规划算法，得到系统耦合水击振动的优化伺服阀启闭规律曲线。在此规律作用下计算得到水击压力衰减率近似达7dB；从实际工程应用出发，对优化启闭规律采用两阶段、三阶段线性化处理，水击压力下降率可达18.2[％]；采用自适应神经模糊推理方法控制优化启闭动作，取得了较好的效果。　　根据调节器的水击振动响应计算结果，从调整系统阻抗和减小激振源影响两个方面进行了振动控制研究。结果表明，调整管路长度是从频域分析避开谐振频率点的简单有效的方法，将REG260型电液伺服调节器的管长改进为0.73m，压力振动衰减率可达6dB；根据负载阻抗、活塞面积以及容腔初始长度等参数的影响规律，应用非线性规划方法优化了结构参数，调整了系统的阻抗，压力振动衰减率近似可达6dB，有效的减小了水击压力幅值。　　最后通过REG260型电液伺服调节器的实验，对其静动态以及水击耦合振动特性进行了实验研究，表明利用对称阀控非对称缸理论所建立的数学模型，可以有效的进行系统的稳定性判别以及输入信号与输出位移的关系研究；利用耦合水击振动模型在伺服阀控制口水击压力振动的计算结果与实验测试值偏差为2.87[％]，实验得到的液压缸无杆腔压力变化趋势与计算结果基本一致，验证了耦合振动模型的正确性；运用伺服阀的两阶段启闭规律，测得活塞无杆腔的压力下降了13.04[％]，验证了控制措施的有效性。
作者：	陈彬
专业：	机械电子工程
导师：	易孟林
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文