全方位推进器液压伺服系统研究

论文摘要

海洋潜器全方位推进器作为一种新型推进装置，目前尚处于研究开发阶段，应用性非常广泛。本文在以往人士研究的基础之上提出了四缸三自由度并联运动平台，并进行了运动学正反解研究、建立了液压伺服系统，运用了神经网络PID控制算法对整个系统进行仿真研究。三自由度运动平台是由左固定平台和右运动平台通过四个液压缸连接构成，右平台与全方位推进器螺旋桨相连。通过四个液压缸的协调运动改变右平台的位姿，从而使螺旋桨产生不同的螺距角，以便形成不同方向的推力达到全方位推进的目的。利用位置正解方法可以获得平台的位姿，利用位置反解可以得到液压缸的位移，通过正、反解进行误差分析，加强对平台实际运动的控制，使其具有高精度、快速性的特点。液压伺服系统与其它类型的控制系统相比容易实现无级调速；运动平稳，容易实现往复直线运动；位置误差小，控制精度高；在快速性方面优于电传动；加速性好，结构紧凑，尺寸小，质量轻等的优点使其应用性非常广泛。PID控制具有直观、实现简单和鲁棒性能好等优点。但是，在实际的生产现场，由于条件常常受到限制，PID参数的整定往往难以达到最优状态。由于控制对象的时变性和非线性，自适应控制也存在不尽人意的地方。神经网络可以在一定条件下逼近非线性，所以，将神经网络的方法与PID控制的结构相结合，产生了基于神经网络的PID控制方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 海洋潜器全方位推进器的发展状况
• 1.2.1 在国内的发展状况
• 1.2.2 在国外的发展状况
• 1.3 液压伺服系统研究现状
• 1.3.1 液压伺服系统的发展
• 1.3.2 液压伺服系统的优缺点
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 三自由度运动平台的设计分析
• 2.1 三自由度运动平台的设计
• 2.1.1 并联平台结构的发展
• 2.1.2 三自由度四缸运动平台结构
• 2.1.3 自由度的计算
• 2.2 三自由度平台的驱动方式
• 2.3 三自由度平台的位置反解与正解
• 2.3.1 坐标系的建立
• 2.3.2 坐标变换矩阵
• 2.3.3 平台位置反解
• 2.3.4 平台位置正解
• 2.3.5 由位置正解验证位置反解
• 2.4 三自由度平台机构速度和加速度分析
• 2.4.1 质心与控制点的运动规律
• 2.4.2 平台质心速度、加速度和角速度、角加速度的计算
• 2.4.3 液压缸右铰点的速度和加速度计算
• 2.5 三自由度平台机构动力学分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 全方位推进器液压伺服系统稳态设计
• 3.1 海洋潜器全方位推进器的工作原理
• 3.1.1 海洋潜器全方位推进器
• 3.1.2 海洋潜器全方位推进器的变螺距机构
• 3.2 全方位推进器液压伺服系统的选用
• 3.3 全方位推进器液压伺服系统的设计
• 3.3.1 液压控制回路的设计及工作原理
• 3.3.2 能源装置的选择
• 3.4 液压系统参数及主要元件的选择
• 3.4.1 供油压力的选择
• 3.4.2 液压缸的选择
• 3.4.3 电液伺服阀的选择
• 3.4.4 液压泵、电机以及联轴器的选择
• 3.4.5 蓄能器的选择计算
• 3.4.6 位移传感器的选取
• 3.5 三自由度平台控制系统结构
• 3.6 本章小结
• 第4章 全方位推进器液压伺服系统数学模型建立
• 4.1 阀控非对称液压系统的静态和动态特性分析
• 4.1.1 静态特性分析
• 4.1.1.1 阀控非对称液压缸压力特性分析
• 4.1.1.2 阀控非对称液压缸的承载能力
• 4.1.1.3 阀控系统的输出特性分析
• 4.1.2 动态特性分析
• 4.2 全方位推进器液压伺服系统的数学模型
• 4.2.1 电液伺服阀的数学模型
• 4.2.2 液压缸的数学模型
• 4.2.3 液压缸的参数计算及选择
• 4.2.4 液压伺服系统数学模型
• 4.3 本章小结
• 第5章 全方位推进器液压伺服系统的控制策略
• 5.1 经典PID控制算法
• 5.2 基于单神经元网络的PID控制
• 5.2.1 单神经元模型
• 5.2.2 几种典型的学习规则
• 5.2.3 单神经元自适应PID控制
• 5.2.4 改进的神经元自适应PID控制
• 5.3 系统仿真分析
• 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