船舶液压舵机系统建模与仿真研究

摘要

船舶舵机的作用是改变船舶航向，舵机的灵敏性直接与船舶的航行安全息息相关，是船舶的重要组成部分之一。液压舵机系统的建模与仿真研究也是智能化考试系统和轮机模拟器的重要组成部分，能够为船员实操考试提供一个逼真形象的操作环境，同时也可用于舵机的性能预测和故障诊断，对提高船员综合素质有着重要意义。但国内外现有模拟器舵机系统仍有不足，模型过于简单，培训和训练内容单一，不利于进行更深层次的训练，无法满足STCW公约马尼拉修正案规定的船员培训要求。
　　 论文对船舶液压舵机系统进行了比较深入的研究，完成了如下工作:
　　 (1)船舶液压舵机系统数据收集和分析，完成船舶舵机液压系统模型的设计。
　　 (2)以川崎FE-400舵机系统为研究对象，结合“拨叉式”液压舵机的实际特点，运用液压传动学的相关理论和模块化建模方法，建立了船舶舵机伺服控制系统、变量变向泵、液压油缸和转舵机构的动态数学模型。
　　 (3)运用MATLAB简化模型进行仿真实验验证了仿真模型的正确性。
　　 (4)运用VC++编程语言完成了船舶舵机液压系统的模型编程，完成了驾驶台操作界面、舵机控制箱、变量变向泵、转舵机构和液压管路的可视化操作界面编程。
　　 (5)参与并完成了虚拟现实与仿真平台之间交互点的设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景，研究目的和研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究意义

1．2 国内外液压船舶舵机系统的发展现状

1．3 课题研究的主要内容

第2章 舵机概述

2．1 舵设备的组成和舵的类型

2．2 舵的作用原理

2．2．1．舵的水动力及其对船舶运动的影响

2．2．2．转船力矩

2．2．3．转舵扭矩

2．2．4 船舶液压舵机工作原理

2．2．5 液压舵机转舵机构简介

2．2．6 船舶操舵方式

2．2．7 船舶舵机工作工况

2．2．8 电动液压舵机主要技术要求

2．2．9 对舵机的检查

第3章 船舶液压舵机系统的数学建模

3．1 舵机选型

3．2 液压油路

3．2．1 工作原理

3．2．2 卸载启动与主油路锁闭

3．2．3 控制系统

3．2．4 辅泵的作用

3．3 液压舵机伺服控制系统

3．3．1 力矩马达式舵机电器遥控系统建模原理

3．3．2 舵机伺服控制单元的数学建模

3．4 双向变量泵

3．5 转舵油缸模型

3．5．1 撞杆运动平衡模型

3．5．2 液压系统流量平衡模型

3．6 舵的水阻力矩计算模型

3．7 舵角求解模型

第4章 船舶液压舵机系统计算机仿真

4．1 Simulink概述

4．2 模块的划分

4．3 Simulink仿真模型

4．4 仿真图形与结果分析

第5章 舵机系统的程序实现和平台集成

5．1 伺服控制单元调试面板

5．2 调试面板的操作

5．3 虚拟现实与仿真平台的交互、集成

第6章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢