深海伺服阀控缸系统研究

论文摘要

海洋蕴藏着数倍于陆地的巨大资源,随着国家对海洋探索及海底资源开发的深入,越来越多的海底装备将会应用其中。由于液压系统独有的优势,使其大量应用于海底装备中,提供动力支持。但目前水下液压系统的应用主要集中在浅海,对于深海领域,尤其在水深2000m以下,还处于试验探索阶段。本课题对深海伺服阀控缸系统特性进行探索研究分析,从而获得深海条件对液压系统工作特性的影响因素及其造成系统特性变化的趋势。首先,本课题对水下液压系统进行了全面的介绍,对其关键技术进行阐述。压力补偿器的运用在一定程度上解决了水下液压系统在深海条件下的压力补偿和容积补偿的问题。但高压补偿会使油液的特性发生变化,因此本课题接着对深海条件下油液特性的变化规律做了进一步的研究。其次,以水下机械手单关节液压缸控制为基础,对阀控缸液压系统重要环节分别进行建模分析,从而得到高阶电液伺服阀数学模型及整个水下伺服阀控缸系统数学模型。然后,利用仿真软件对电液伺服阀建立仿真模型,并以选用伺服阀的高阶数学模型参数为基础进行仿真分析,通过对比不同深度下伺服阀的仿真结果,确定深海条件油液特性变化对伺服阀特性的影响。最后,以某研究所水下机械手单关节液压缸为基础,设计水下阀控缸系统,并计算出深海条件不同深度下系统相关仿真参数的变化。建立深海阀控缸系统仿真模型,对不同深度的动态仿真结果进行对比分析,得出深海条件下阀控缸系统工作特性的变化趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 深海潜水器分类及工作原理
• 1.3 水下液压系统的发展概述
• 1.3.1 液压系统在水下装备应用的优势及使用条件
• 1.3.2 水下液压系统在海洋装备中的应用
• 1.4 水下液压系统的组成
• 1.4.1 动力单元
• 1.4.2 控制单元
• 1.4.3 执行单元
• 1.4.4 压力补偿单元
• 1.4.5 其它辅助单元
• 1.5 水下液压系统关键技术研究现状
• 1.5.1 压力补偿技术
• 1.5.2 水下液压系统的密封技术
• 1.5.3 水下液压系统的检测装置
• 1.6 课题的研究内容
• 第2章 深海液压系统的液压油特性研究
• 2.1 液压油特性介绍
• 2.2 深海液压系统油液主要参数的研究
• 2.3 深海液压系统油液粘度研究分析
• 2.4 深海液压系统油液弹性模量研究分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 深海伺服阀控缸系统建模分析
• 3.1 引言
• 3.2 电液伺服阀数学模型
• 3.2.1 电液伺服阀工作原理
• 3.2.2 力矩马达数学模型
• 3.2.3 挡板位移与衔铁转角的关系
• 3.2.4 喷嘴挡板和滑阀数学模型
• 3.2.5 伺服阀传递函数简化模型
• 3.2.6 深海环境下液压伺服阀的特性分析
• 3.3 机械手单关节液压动力机构函数模型
• 3.3.1 伺服阀流量方程
• 3.3.2 液压缸的动态流量连续性方程
• 3.3.3 液压缸的力平衡方程
• 3.3.4 阀控非对称缸动力机构的传递函数
• 3.3.5 单关节动力机构模型简化
• 3.3.6 深海环境对液压缸性能的影响
• 3.4 伺服放大器传递函数
• 3.5 反馈环节传递函数
• 3.6 水下液压伺服系统数学模型
• 3.7 本章小结
• 第4章 深海条件下伺服阀仿真研究
• 4.1 仿真概述
• 4.2 建模仿真软件AMESim的功能
• 4.2.1 AMESim简介
• 4.2.2 AMESim特点
• 4.3 未考虑深海环境液压伺服阀动态仿真
• 4.3.1 未考虑深海环境伺服阀数学模型
• 4.3.2 伺服阀时域动态仿真及分析
• 4.3.3 伺服阀频域开环动态仿真及分析
• 4.3.4 伺服阀频域闭环动态特性及分析
• 4.4 基于深海环境的伺服阀动态仿真
• 4.4.1 时域动态仿真及分析
• 4.4.2 频域开环动态仿真及分析
• 4.4.3 频域闭环动态仿真及分析
• 4.5 深海伺服阀特性分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 深海阀控缸系统仿真分析
• 5.1 系统参数确定
• 5.1.1 液压缸主要参数确定
• 5.1.2 伺服阀主要参数的确定
• 5.1.3 液压缸传递函数主要参数的计算
• 5.2 阀控缸位置伺服系统仿真
• 5.2.1 执行机构正向运动时系统动态仿真
• 5.2.2 执行机构反向运动时动态仿真
• 5.3 基于深海条件下的伺服阀控缸系统动态仿真
• 5.3.1 不同深度下阀控缸系统相关仿真参数的确定
• 5.3.2 执行机构正向运动时动态仿真
• 5.3.3 执行机构反向运动时动态仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢