超大型减摇鳍双泵控制系统研究

摘要

减摇鳍已经在海洋船舶上得到广泛的应用，其可以减小船舶的横摇运动，改善船舶的适航性、安全性以及工作环境。我国减摇鳍技术在近四十年中发展非常迅速，现在已经可以自主生产研发各种规格以及类型的减摇鳍。本课题基于超大型减摇鳍项目，研制一台双电液比例泵控液压机组，对液压机组设计及调试过程中船舶减摇模型及负载模型、双电液比例泵控制及减摇鳍控制、泵控系统节能特性以及项目调试过程中出现的泵吸空问题进行了研究。论文的主要研究内容如下:
　　第一章，首先对国内外减摇鳍的研究现状及发展趋势进行了介绍，接着介绍了国内外阀控系统及泵控系统的研究现状，最后对课题的研究意义及研究内容进行了阐述。
　　第二章，对海上随机长峰波浪进行了建模，引入了波浪能量谱密度的概念。基于所建立的随机波浪模型，分析了波倾角与有义波高、浪向角的关系。根据船舶在海上的受力，建立了船舶的横摇模型以及减摇模型。
　　第三章，对超大型减摇鳍液压随动伺服系统进行了数学建模，同时建立了减摇鳍联合仿真模型。液压随动伺服系统是超大型减摇鳍的动力源，其性能的好坏决定了船舶减摇效果的优劣。文中对液压系统进行了详细的建模，分别对比例阀、比例泵以及双电液比例泵控系统进行了建模。最后建立了超大型减摇鳍系统的联合仿真模型，对系统进行仿真，在系统设计的过程中起到辅助设计的作用。
　　第四章，对液压系统中双泵控制问题以及减摇鳍控制问题展开研究。首先对双泵控制系统的问题进行分析，验证双泵控制器的必要性。系统中所设计的双泵协调控制器提高了系统的开环增益，增加了系统的响应以及系统的抗外负载干扰能力。最后超大型减摇鳍液压随动伺服系统的非线性以及时变性给减摇鳍的控制带来困难，由于采用传统的PID控制算法不能得到理想的控制效果，本文中设计了自适应Fuzzy-PID控制算法。
　　第五章，对超大型减摇鳍液压系统的节能特性以及调试过程中出现变量泵吸空问题进行了研究。分析了几种超大型减摇鳍液压控制系统的方案，对比系统本身的优缺点以及节能特性。最后对本项目调试过程中遇到的泵吸空问题进行了深入的分析，得到泵进出口液压锁是导致泵吸空的原因。
　　第六章，对以上章节的研究内容进行总结，并对下一步的研究内容做出展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 减摇鳍发展概况

1．3 减摇鳍随动伺服系统研究现状

1．3．1 阀控系统

1．3．2 泵控系统

1．4 课题主要研究内容

第2章 海浪及船舶横摇运动的建模与分析

2．1 海浪的建模

2．1．1 海上波浪的建模

2．1．2 海上波浪波能谱

2．1．3 长峰随机海浪

2．1．4 海浪波倾角的建模

2．2 船舶横摇运动的建模

2．2．1 船舶横摇运动的受力分析

2．2．2 船舶横摇运动的建模

2．3 减摇鳍工作原理及构成

2．3．1 减摇鳍工作原理

2．3．2 减摇鳍系统的构成

2．4 本章小结

第3章 超大型减摇鳍液压随动伺服系统建模及仿真

3．1 液压系统数学建模

3．1．1 电液比例泵建模

3．1．2 双泵控缸系统建模

3．2 减摇鳍系统联合仿真

3．2．1 超大型减摇鳍联合仿真模型的建立

3．2．2 仿真结果分析

3．3 本章小结

第4章 基于PLC系统控制算法的设计研究

4．1 PLC控制器

4．1．1 PLC控制器的特点

4．1．2 减摇鳍系统中基于PLC的控制系统

4．2 双电液比例泵控制算法设计

4．2．1 双泵控系统分析

4．2．2 协调控制器设计

4．2．3 仿真及实验结果分析

4．3 减摇鳍控制算法设计

4．3．1 自适应Fuzzy-PID控制算法原理

4．3．2 自适应Fuzzy-PID控制算法设计

4．3．3 减摇鳍控制系统仿真

4．4 本章小结

第5章 超大型减摇鳍泵控系统节能特性及吸空现象研究

5．1 减摇鳍随动伺服系统方案对比

5．1．1 阀控系统

5．1．2 变排量泵控系统

5．1．3 变转速泵控系统

5．1．4 变转速与变排量混合泵控系统

5．2 超大型减摇鳍变排量泵控系统节能特性

5．2．1 泵控系统节能分析

5．3 系统中泵吸空问题分析

5．3．1 泵控系统设计补油问题

5．3．2 系统中泵吸空原因分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果及奖励