船舶液压舵机系统中的流体噪声控制

摘要

液压舵机作为船舶的动力转向系统，是船舶重要的组成部分。随着液压技术向高速、高压和大功率方向的发展，由于管路中压力冲击而引起的液压舵机系统振动和噪声也日趋严重，成为限制液压舵机进一步广泛应用的重要因素。因此研究分析液压舵机系统中管路动态特性及压力冲击，减少与降低舵机系统中的振动和噪声，对改善液压舵机系统的性能、促进液压舵机系统的应用有着积极而深远的意义。
　　 本文从工程实际出发，对某阀控型液压舵机流体管路动念和压力冲击进行建模仿真，提出采用模糊PID控制减小舵机启停、换向时管路中的压力冲击，以达到减小液压舵机系统振动和噪声的目的。
　　 本文在综述液压舵机系统噪声产生的机理以及减振降噪技术的研究现状的基础上，对某阀控型液压舵机系统进行了分析研究。论文首先对该型液压舵机系统的理论模型进行了分析研究，采用AMESim软件建立液压舵机系统仿真模型，并对舵面水动力对系统的干扰作用进行了分析。
　　 通过对舵机液压系统频域特性的仿真分析，设计了PID控制器，并建立了液压舵机系统管路分布参数模型，然后对未考虑和考虑管路动态特性的AMESim模型进行了对比仿真分析。结果显示，在未考虑管路动态特性时，系统的压力波动并不明显；而在考虑管路的动态特性时，系统在启停过程及换向过程中管路压力具有明显的冲击现象。此外，仿真分析了PID控制器参数对舵机系统压力冲击的影响，为控制器的改进设计确定了方向。
　　 针对传统PID控制器的缺点，采用模糊方法对PID进行了改进设计，通过模糊PID控制器实现控制参数的在线调节，以达到消减系统压力波动的目的。通过AMESim与MATLAB/Simulink的联合仿真，并与PID控制仿真结果进行了对比分析，结果证明模糊PID对液压舵机系统中启停过程、换向时的压力冲击具有明显的消减作用。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 船舶液压舵机系统的组成与工作原理

1.3 船舶液压舵机系统降噪技术的研究进展

1.3.1 液压舵机系统噪声源的分析

1.3.2 国内外液压降噪技术研究现状

1.4 论文主要完成的工作

第2章 液压舵机系统的建模

2.1 引言

2.2 液压舵机系统的数学模型

2.2.1 舵机系统动力机构传递函数模型

2.2.2 液压舵机系统的模型

2.2.3 舵面水动力干扰建模

2.3 液压舵机系统的AMESim模型

2.3.1 AMESim软件介绍

2.3.2 液压部分的AMESim模型

2.3.3 机械部分AMESim模型

2.3.4 阀控式舵机液压系统AMESim仿真模型

2.4 本章小结

第3章 系统仿真分析与控制器的设计

3.1 系统仿真参数的确定

3.2 液压舵机系统的开环频域特性分析

3.3 液压舵机系统AMESim模型仿真分析

3.4 本章小结

第4章 考虑管路动态特性的系统模型建立及仿真

4.1 引言

4.2 液压管路的动态特性分析

4.2.1 液压管路的频域特性分析

4.2.2 液压管路的时域特性分析

4.3 A MESim管路子模型的选择

4.4 舵机系统管路压力波动仿真分析

4.4.1 伺服阀开启时系统压力波动仿真

4.4.2 伺服阀关闭时系统压力波动仿真

4.4.3 “过零”噪声仿真

4.4.4 水动力冲击噪声仿真

4.5 控制器参数对压力冲击波动的影响

4.6 仿真分析总结

4.7 本章小结

第5章 液压舵机流体噪声的抑制

5.1 引言

5.2 舵机噪声抑制主动式控制介绍

5.3 舵机噪声抑制主动式控制器的设计

5.3.1 模糊PID控制器的组成及原理

5.3.2 控制器的设计

5.4 系统仿真

5.4.1 AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真的实现

5.4.2 压力冲击仿真结果与分析

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