减摇鳍加载系统控制方法研究

论文摘要

减摇鳍电液负载仿真台是用于模拟减摇鳍所受水动力载荷的仿真设备,其功能是在实验室的条件下,模拟船舶航行过程中减摇鳍所受的海浪水动力载荷谱,从而检测减摇鳍驱动系统的技术性能指标,将经典的自破坏全实物实验转化为在实验室条件下的半实物预测性实验。由于减摇鳍电液负载仿真台属于典型的被动式电液力伺服系统,加载系统中存在的多余力干扰是负载仿真台研制过程中的主要技术难题。如何最大限度地减小干扰力,提高加载系统的动静态性能指标是当前研究的关键点。 首先,在查阅大量国内外资料的基础上,概述了国内外电液负载仿真台的发展现状,分析了它们的优缺点,通过对国内外负载仿真台产品的对比,确定了本文的研究方向。 然后,建立了减摇鳍电液负载仿真台的数学模型并进行简化处理,对其控制性能进行了理论分析,研究结构参数与控制性能的关系。从动力元件的动静态特性出发,揭示多余力的产生机理和本质特征,分析多余力的影响因素及多余力对加载系统控制性能的影响作用,寻找最有效的克服多余力、提高控制性能的途径。 其次,设计了减摇鳍电液负载仿真台动力元件,对加载系统多余力特性、有扰及无扰特性、动态及静态特性等控制性能进行了仿真分析,并分析了加载梯度、伺服阀动态特性与加载系统控制性能之间的关系。采用内模控制方法克服多余力干扰,从而改善电液负载仿真台的控制性能。 最后,对减摇鳍电液负载仿真台进行静态和动态加载精度实验,通过实验得出减摇鳍电液负载仿真台的动静态性能指标,证明本文提出的提高减摇鳍电液负载仿真台综合控制性能方法是有效的。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 电液负载仿真台的工作原理及组成
• 1.3 国内外电液负载仿真台发展概况
• 1.3.1 影响电液负载仿真台的主要技术问题
• 1.3.2 主要技术问题的解决办法
• 1.3.3 国内外电液负载仿真台发展现状
• 1.4 主要技术评价指标
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 减摇鳍电液负载仿真台性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 加载系统数学模型的建立
• 2.2.1 动力元件的基本方程
• 2.2.2 其它方程
• 2.2.3 数学模型简化
• 2.3 动态特性分析
• 2.3.1 无扰加载特性
• 2.3.2 有扰加载特性
• 2.3.3 加载梯度和动态特性的关系
• 2.4 加载精度分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 多余力的产生机理分析
• 3.1 引言
• 3.2 多余力的产生机理
• 3.2.1 多余力的定义及测量方法
• 3.2.2 多余力的产生及其分类
• 3.2.3 多余力与动力元件的关系
• 3.3 多余力的特点
• 3.4 多余力对控制性能的影响
• 3.4.1 多余力对系统频宽的影响
• 3.4.2 多余力对跟踪精度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 电液负载仿真台性能补偿研究
• 4.1 引言
• 4.2 前向通道的PID控制改善控制性能
• 4.2.1 加入PID控制器后加载系统无扰开环频率特性
• 4.2.2 加入PID后加载系统无扰闭环频率特性
• 4.2.3 PID在有扰闭环系统中的控制
• 4.3 内模控制研究
• 4.3.1 内模控制结构的基本原理
• 4.3.2 内模控制的实现问题
• 4.3.3 内模控制器的设计
• 4.3.4 加载系统的仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 半实物物理仿真台的设计和实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 电液负载仿真台控制系统的组成
• 5.2.1 电液伺服阀的选取
• 5.2.2 力传感器及其标定
• 5.2.3 角位移传感器
• 5.2.4 DSP控制器及PCL-1800多功能数据采集卡
• 5.3 加载系统的实验研究
• 5.3.1 加载系统的静态加载精度实验
• 5.3.2 加载系统动态加载精度实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢