减摇鳍电液比例控制系统应用研究

论文摘要

船舶在海上航行时,由于受到海浪、海风及海流等因素的影响,不可避免地会产生各种摇荡,其中以横摇最为显著,影响也最大。减摇鳍是目前使用最为广泛的减摇装置。减摇鳍的随动系统普遍采用电液伺服技术。近年来,电液比例技术以其可靠、节能、抗污染能力强、维护方便且成本低廉等明显优势逐渐引起重视。船舶控制工程实验室在某型号收放式减摇鳍的随动系统中用电液比例阀取代传统的电液伺服阀,设计了减摇鳍电液比例控制系统,本课题对该系统进行了深入研究。论文首先分析了减摇鳍系统及减摇鳍电液比例控制系统的组成和工作原理;然后结合液压控制原理推导并建立了减摇鳍电液比例控制系统的数学模型,计算并代入系统参数后应用MATLAB软件对系统进行了稳定性分析及时域仿真分析,探讨了比例阀死区特性对系统性能的影响,对死区定值补偿后采用常规PID控制方法对系统进行了校正;接下来针对比例阀死区范围时变和非对称的特点,在系统中应用了死区模糊动态补偿方法(即在对系统进行定值补偿和常规PID校正的基础上,利用模糊控制器产生动态补偿量叠加于控制信号)并对补偿效果进行了仿真研究;最后,设计了一款数字式PWM比例放大器,该放大器以单片机AT89S52为核心,由软件系统配合硬件电路产生控制比例阀所需的PWM信号,经功率放大后驱动比例阀电磁铁动作。通过仿真分析,系统具有一定的稳定性,死区模糊动态补偿方法较定值补偿PID控制方法更具适应性,很好地提高了系统性能。课题的研究为开发出更好的减摇鳍电液比例控制系统奠定了基础;另外,论文中设计的数字式比例放大器较传统的模拟式比例放大器更具灵活性、可靠性,具有较高的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 减摇鳍发展概况
• 1.3 电液比例控制技术的形成和发展
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 减摇鳍电液比例控制系统介绍
• 2.1 电液比例控制技术
• 2.1.1 电液比例控制系统的含义及其组成
• 2.1.2 比例技术与伺服技术的比较
• 2.2 减摇鳍系统的基本组成及工作原理
• 2.3 减摇鳍电液比例控制系统的组成及工作原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 减摇鳍电液比例控制系统建模与仿真
• 3.1 减摇鳍电液比例控制系统建模
• 3.1.1 比例放大器建模
• 3.1.2 电液比例阀建模
• 3.1.3 变量机构建模
• 3.1.4 泵控液压缸系统建模
• 3.1.5 鳍角传感器建模
• 3.1.6 减摇鳍电液比例控制系统总体模型
• 3.2 减摇鳍电液比例控制系统仿真与分析
• 3.2.1 稳定性分析
• 3.2.2 时域仿真分析
• 3.2.3 控制系统校正
• 3.3 本章小结
• 第4章 电液比例阀死区动态补偿
• 4.1 死区动态补偿的原因
• 4.2 模糊控制技术介绍
• 4.2.1 模糊控制概述
• 4.2.2 模糊控制的基本原理
• 4.2.3 模糊控制器的设计步骤
• 4.3 死区模糊动态补偿设计
• 4.3.1 死区模糊动态补偿原理
• 4.3.2 死区动态补偿模糊控制器设计
• 4.3.3 仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 电液比例放大器设计
• 5.1 技术指标
• 5.2 比例放大器硬件设计
• 5.2.1 总体结构
• 5.2.2 AT89S52单片机介绍
• 5.2.3 A/D转换电路
• 5.2.4 PWM功率放大电路
• 5.2.5 电流反馈电路
• 5.2.6 输出通道断路、短路检测电路
• 5.3 比例放大器软件设计
• 5.3.1 编程语言与开发环境
• 5.3.2 软件系统的任务
• 5.3.3 软件设计
• 5.4 抗干扰措施
• 5.4.1 硬件抗干扰措施
• 5.4.2 软件抗干扰措施
• 5.5 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