P-Q阀控制减摇鳍电液负载仿真台及其多余力研究

论文摘要

减摇鳍电液负载仿真台是模拟减摇鳍运动时所受负载的装置,是为减摇鳍的研制开发服务的,其功能是模拟减摇鳍鳍片在不同角度时所受到的水流的作用力从而检测减摇鳍驱动系统的技术性能指标,以达到缩短研制周期、节约研制经费、提高可靠性和成功率的目的。随着海军国防和船舶工业的发展,迫切需要高性能的电液负载仿真台,但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,其加载系统受减摇鳍的强位置干扰会产生强大的多余力,严重影响加载系统的动静态品质。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。本文在查阅大量国内外资料的基础上,综述了国内外电液负载仿真台的发展现状,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。本文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,对其控制性能进行深入的理论分析,研究结构参数与控制性能的关系,为提高减摇鳍电液负载仿真台的控制性能提供理论基础。从动力元件的动静态特性出发,揭示多余力产生的机理和本质特征,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。设计了减摇鳍电液负载仿真台动力元件,利用相关软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。采用结构不变性原理设计控制补偿环节克服多余力干扰,改善电液负载仿真台的控制性能。本文提出了用P—Q伺服阀控制方案,通过与流量伺服阀控制方案的对比,指出其特点,为减摇鳍加载台的设计提供了新方法。本文采用PI控制器来控制P—Q伺服阀控制的加载系统,利用结构不变性原理设计补偿器来补偿流量,抑制多余力干扰,从而改善电液负载仿真台的性能。仿真分析表明,利用P—Q伺服阀控制加载系统,在PI调节器的调节下,设置补偿器来补偿多余流量能得到有效的加载作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 电液负载仿真台综述
• 1.2.1 电液负载仿真台的基本原理
• 1.2.2 主要的评价指标
• 1.2.3 电液负载仿真台存在的主要问题
• 1.2.4 主要技术问题的解决办法
• 1.3 电液负载仿真台技术的研制现状
• 1.3.1 国外负载仿真台的研制现状
• 1.3.2 国内电液负载仿真台研制现状
• 1.4 论文的研究工作
• 第2章 减摇鳍电液负载仿真台原理及建模
• 2.1 引言
• 2.2 减摇鳍电液负载仿真台的组成及工作原理
• 2.2.1 减摇鳍电液负载仿真台的组成
• 2.2.2 减摇鳍电液负载仿真台工作原理
• 2.3 加载系统的模型
• 2.3.1 动力机构基本方程
• 2.3.2 加载系统传递函数模型简化
• 2.3.3 利用SIMULINK建立加载系统仿真模型
• 2.4 多余力的产生及其特性分析
• 2.4.1 多余力的定义及产生
• 2.4.2 多余力特性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 减摇鳍加载系统的仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 动态特性分析
• 3.2.1 加载系统无扰开环频率特性
• 3.2.2 加载系统无扰闭环频率特性
• 3.2.3 被动式加载闭环频率特性
• 3.2.4 加载梯度和动态特性的关系
• 3.3 加载精度分析
• 3.4 多余力仿真分析
• 3.4.1 多余力的频率特性
• 3.4.2 多余力仿真
• 3.5 多余力对控制性能的影响
• 3.5.1 多余力对系统频宽的影响
• 3.5.2 多余力对跟踪精度的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 P-Q阀伺服阀控制加载系统的研究
• 4.1 引言
• 4.2 不同类型伺服阀在电液负载仿真台中的应用
• 4.3 P-Q伺服阀的数学模型
• 4.3.1 P-Q伺服阀的结构和工作原理
• 4.3.2 P-Q伺服阀的传递函数
• 4.3.3 P-Q伺服阀数学模型简化
• 4.4 P-Q伺服阀控制加载系统模型
• 4.5 本章小结
• 第5章 电液负载仿真台性能补偿研究
• 5.1 引言
• 5.2 PID控制器
• 5.2.1 PID控制器的基本原理
• 5.2.2 加入PID控制器的主要目的
• 5.3 P-Q阀控制加载系统的控制器设计
• 5.3.1 加载系统的PI控制无扰开环频率特性
• 5.3.2 加载系统的PI控制无扰闭环频率特性
• 5.3.3 加载系统的PI控制有扰闭环频率特性
• 5.4 结构不变性原理在P-Q伺服阀控制加载系统中的应用
• 5.4.1 结构不变性原理
• 5.4.2 利用结构不变性原理设计前馈补偿器
• 5.5 P-Q伺服阀控制加载系统多余力仿真
• 5.5.1 多余力的频率特性
• 5.5.2 多余力的仿真
• 5.5.3 多余力对跟踪精度的影响
• 5.6 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