小型船舶舵鳍液压伺服控制系统仿真和实验研究.pdf

2012年 11月 机床与液压 NOV．2012 第40卷 第21期 MACHINET00L HYDRAULICS Vo1．40No．21 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．21．040 小型船舶舵鳍液压伺服控制系统的仿真及实验研究 刘旌扬，张裕芳 (上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240) 摘要：提出用换向阀控制开式液压系统的船舶小型舵机伺服系统，采用 Bang—bang控制方法进行控制器设计。利用 MATLAB的SimHydraulic物理仿真模块，建立了这一系统的仿真模型，通过闭环仿真调整得到控制器参数 ，并通过实验进 行了验证。仿真和实验表明这一舵机伺服系统的性能满足要求。 关键词：液压伺服系统；舵机；Bang-bang控制；SimHydraulic仿真 中图分类号：U664．8 文献标识码：A 文章编号 ：1001—3881(2012)21—150—4 SimulationsandExperimentalResearchonaHydraulicServoControlSystem for Ship l dders LIUJingyang，ZHANG Yufang (SchoolofNavalArchitecture，CivilandOceanEngineering， ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China) Abstract：A hydraulicservocontrolsystem drivenbyon-offvalvewasproposed．Bang-bna gcontrolwasappliedasthecontrol strategy．TheSimHydraulicsimuliationmodulein MATLAB wasusedtosimulatethehydraulicdynamics．ParametersoftheBnag- bangcontrollerweretunedviathesimulationsandthenappliedintherealtests．Theexperimentsverifytheperformanceofthehydrau— licservosystem meetrequirement． Keywords：Hydraulicserv0system；Shiprudder；Bnag-bangcontrol；SimHydraulicsimulation 船舶的舵机和减摇鳍等操纵装置通常采用液压动 采用 MATLAB的SimHydraulics模块进行液压系统动 力驱动。其伺服控制可以通过电液伺服阀连续控制液 力学建模 ，并与台架实验进行比对，验证了模型的有 压油流量实现，或者直接通过小型伺服阀调节变量泵 效性。在此基础上对 Bang—bang控制律进行了验证， 实现 。如文献 [2—3]中对 阀控型液压系统进行 证明了这一系统不仅具有结构简单、成本较低 的优 了研究。这两种方法都能够连续地无级调节油缸行程 势，还能在控制精度上满足要求。 和速度，便于采用经典的控制方法实现良好的控制精 文中介绍了这一小型舵机伺服系统的硬件组成及 度。但是无论是伺服阀的还是变量泵，结构都相对复 控制结构 ；利用 SimHydraulics建立了系统的动力学 杂，导致价格高、可靠性降低。 仿真模型；为这一伺服系统设计 了Bang—bang控制 在一般民用小型船舶中，大量使用手动操作的开 器。利用实验验证仿真模型的正确性，并采用 Bang— 环液压舵机。这