現(xiàn)代船舶的航向控制一般由裝備了自動操舵儀的自動舵系統(tǒng)來完成。船舶舵機(jī)是實(shí)現(xiàn)船舶航向控制的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu),其本身也是一種典型的位置隨動控制系統(tǒng)。舵機(jī)的控制性能與船舶航行的操縱性、經(jīng)濟(jì)性和航行安全息息相關(guān)。本文對船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和液壓舵機(jī)系統(tǒng)云模型控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并將所建立的液壓舵機(jī)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于輪機(jī)模擬器實(shí)際系統(tǒng)中,完成了液壓舵機(jī)仿真系統(tǒng)并應(yīng)用于船員培訓(xùn);作者研究了基于云模型的智能控制算法,完成了船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)云模型控制器設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。所完成的研究工作具體如下:(1)選擇實(shí)船使用的川崎FE21-064型舵機(jī)系統(tǒng)作為研究控制對象,根據(jù)撥叉式液壓舵機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及操作要求,采用模塊化建模思想和液壓傳動相關(guān)理論,建立了船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,并仿真驗(yàn)證了所建舵機(jī)數(shù)學(xué)模型的正確性和有效性。(2)結(jié)合所建的船舶液壓舵機(jī)數(shù)學(xué)模型,作者應(yīng)用C語言和VC++軟件開發(fā)完成了液壓舵機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型算法和二維可操作界面,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)液壓回路顯示界面、舵機(jī)駕駛臺操縱界面、舵機(jī)集控室報(bào)警界面和舵機(jī)駕駛臺報(bào)警界面。采用實(shí)時仿真平臺SUPERSIM實(shí)現(xiàn)了二維仿真界面和三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的信息交互,最終完成了 DMS輪機(jī)模擬器中的液壓舵機(jī)仿真系統(tǒng)開發(fā),含有該液壓舵機(jī)仿真系統(tǒng)的輪機(jī)模擬器己實(shí)際應(yīng)用于管理級船舶輪機(jī)工程師培訓(xùn)。(3)針對船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)本身以及環(huán)境中存在的不確定性干擾因素,本文根據(jù)云模型算法不確定性推理思想,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于液壓舵機(jī)控制系統(tǒng)的PD+I型云模型智能控制器。使用云模型控制器分別在單泵四缸和雙泵四缸工況下對舵機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制仿真計(jì)算,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的PD+I型云模型控制器對液壓舵機(jī)的控制效果優(yōu)于經(jīng)典PID控制,具有良好的自適應(yīng)能力和抗干擾能力,控制系統(tǒng)的快速性和魯棒性都有所提升,為船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制研究提供了一種新的解決思路。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.41
【部分圖文】：

圖２．１舵葉的水作用力逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ邋ｏｆ邋ｒｕｄｄｅｒ邋ｂｌａｄｅｒ逡逑當(dāng)船舶航行時，舵葉總是處在船舶的尾流中。如圖２．１為舵葉的水作用力原理逡逑圖。船舶中縱線與舵葉橫剖面中線之間的夾角稱之為舵角ａ。船舶在大洋中航行逡逑時，當(dāng)舵角《邋＝邋０°時，此時的舵葉會處于正舵位置，這樣在舵葉的兩側(cè)的水作用力逡逑正好是大小相等方向相反，可以保持船舶的航向不變；如果使舵葉朝向任一舷側(cè)逡逑偏轉(zhuǎn)任一角度《，水流在舵葉兩側(cè)的對稱性就會受到破壞，當(dāng)水流通過舵葉的兩逡逑側(cè)時，舵葉的迎水面流速小于背水面，迎水面的靜壓力也小于背水面。此時，水逡逑壓力的合力即舵葉兩側(cè)所受到的舵壓力巧的方向會處于垂直于舵葉的方向上，作逡逑用在點(diǎn)０上并指向舵葉的背水面。此外，舵葉會在舵葉的中線方向受到水流產(chǎn)生逡逑摩擦力（其方向與中線方向相同）。舵葉上的水動力為舵壓力和摩擦力的合力尸。逡逑相對舵壓力而言，摩擦力很小，因此舵壓力近似為舵的水動力。舵的水動力能產(chǎn)逡逑生使船體轉(zhuǎn)動的力矩

Ｆｉｇ．２．３邋Ｆｉｇｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｘｉａｌ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｐｕｍｐ邋ｗｉｔｈ邋ｔｉｌｔｅｄ邋ｐｌａｔｅ逡逑１－栗軸；２－配流盤；３－缸體；４－柱塞；５－斜盤：６－配油窗口；邋７、８－吸排油口；邋９－泵體逡逑在圖２．３中，缸體３與泵軸１是用鍵連接在一起的，沿軸向在缸體３上均勻加逡逑工出一圈油缸；缸中柱塞４靠機(jī)械或油壓的方法始終貼在斜盤５上，斜盤５是通逡逑過繞點(diǎn)０進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，相對于泵軸線的傾角的軸線可以改變。逡逑從斜盤端看，原動機(jī)經(jīng)主泵軸１帶動缸體作順時針方向回轉(zhuǎn)，假若斜盤處在逡逑圖２．３中所示的傾斜方向，在轉(zhuǎn)過左半周過程中，油缸內(nèi)空間逐漸增加，由接口邋７逡逑吸油；在轉(zhuǎn)過右半周過程中，油缸內(nèi)容積逐漸減少，將吸入的油從接口邋８排出［４９－５Ｑ］。逡逑其流量方程可表示為：逡逑Ｑ－—ｄ１ｚｎｒ］ｖＤｘ邋ｔａｎ／？邐（２．１）逡逑４逡逑式中，２為液壓油的流量，（ｍ３／ｍｉｎ）；邋ｄ為柱塞直徑，０．０２３ｍ；邋ｚ為柱塞個數(shù)，本逡逑文�。穫�；《為油泵轉(zhuǎn)速，１８００ｒ／ｍｉｎ；邋Ｄ，為柱塞中心分布圓直徑，０．２５ｍ；邋為斜逡逑盤傾角

邋Ａ－Ａ邋Ｉ邐＾逡逑圖２．３斜盤式軸向柱塞泵示意圖逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｆｉｇｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｘｉａｌ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｐｕｍｐ邋ｗｉｔｈ邋ｔｉｌｔｅｄ邋ｐｌａｔｅ逡逑１－栗軸；２－配流盤；３－缸體；４－柱塞；５－斜盤：６－配油窗口；邋７、８－吸排油口；邋９－泵體逡逑在圖２．３中，缸體３與泵軸１是用鍵連接在一起的，沿軸向在缸體３上均勻加逡逑工出一圈油缸；缸中柱塞４靠機(jī)械或油壓的方法始終貼在斜盤５上，斜盤５是通逡逑過繞點(diǎn)０進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，相對于泵軸線的傾角的軸線可以改變。逡逑從斜盤端看，原動機(jī)經(jīng)主泵軸１帶動缸體作順時針方向回轉(zhuǎn)，假若斜盤處在逡逑圖２．３中所示的傾斜方向，在轉(zhuǎn)過左半周過程中，油缸內(nèi)空間逐漸增加，由接口邋７逡逑吸油；在轉(zhuǎn)過右半周過程中，油缸內(nèi)容積逐漸減少，將吸入的油從接口邋８排出［４９－５Ｑ］。逡逑其流量方程可表示為：逡逑Ｑ－—ｄ１ｚｎｒ］ｖＤｘ邋ｔａｎ／？邐（２．１）逡逑４逡逑式中，２為液壓油的流量，（ｍ３／ｍｉｎ）；邋ｄ為柱塞直徑，０．０２３ｍ；邋ｚ為柱塞個數(shù)，本逡逑文�。穫�；《為油泵轉(zhuǎn)速

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本文編號：2811222