电液舵机控制系统设计及软件仿真分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 电液舵机控制系统设计及软件仿真 分析 【摘 要】电动液压舵机系统是 现今使用最多的舵机系统，其许多优点 促进了电动液压舵机的普及，其液压和 控制系统也是船舶上非常重要的船舶运 动控制系统。本文主要针对操舵系统进 行研究。建立了变量泵排量控制系统和 操舵系统的模型，并完成了随动系统的 传递函数，最后在此基础上利用 AMEsim 软件对随动系统进行仿真分析， 利用经典 PID 控制设计了随动系统的控 制器。 中国论文网 /8/view-12757248.htm 【关键词】液压舵机系统 控制 系统 设计仿真 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1 引言 船舶在应用液压传动之前，采用 的是蒸汽传动和电气传动。1916 年美国 在“新墨西哥 ”号战舰上首次使用了液压 舵机。经过一段时间发展，l981 年国际 海事会议正式通过了对 l974 年 SOLAS 公约的修正案，其中对舵机的要求提出 了重要的新条款。进入八十年代以来， 世界舵机主要制造厂家都开始认真检查 其产品，并按 1981 年修正案的要求重 新设计各自的舵机，力争在市场上保持 较大的竞争优势。新一代的舵机的性能 和可靠性更趋完善。目前国外舵机最新 变化动向如下。 （1）普遍设置了两套液 压系统；（2）电控液压型舵机的应用 功率范围在扩大，性能也在改善。 本文主要针对随动系统进行研究。 建立了变量泵排量控制系统和操舵系统 的模型，并完成了随动系统的传递函数， 最后在此基础上利用 AMEsim 软件对随 动系统进行仿真分析，利用经典 PID 控 制设计了随动系统的控制器。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 2 操舵系统的传递函数模型 电液舵机原理参文献1。根据计 算的柱塞缸行程与舵角的关系，在舵角 范围内，舵角和柱塞缸行程的关系为 （1） 式中 舵角与柱塞缸行程的 线性增益，m/ 舵角，rad 舵角位移传感器的频响很高，可 以看成比例环节，即 （2） 式中 舵角位移传感器的放 大系数，V/rad 舵机位移传感器的输出电压， V 根据以上环节的传递函数及动力 机构和变量泵系统的模型2，3，4，可 以得到操舵系统的控制系统原理图如图 1 所示。 图 1 操舵系统的控制系统原理图 从图中可以得到随动控制器为单 位比例控制时的操舵系统开环传递函数 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 为 （3） 3 控制器设计及仿真 根据以上的分析，完成了随动系 统的传递函数模型，再利用液压仿真软 件 AMEsim4.25，对随动系统的控制 器进行设计和仿真分析。 随动舵系统是单纯的电液位置控 制伺服系统，其理论和结构都不太复杂， 因此仍普遍采用经典 PID 控制理论来指 导随动舵系统的设计6。所建立的模型 系统中，对于控制器采用 PID 控制理论 进行设计。 以某型 400N.m 液压舵机为例。 柱塞直径为 220mm。主泵的选型： Parker Axial Piston Pump PV180，其技 术指标：额定压力，35MPa；最大功率， 175KW；最大扭矩， 760N.m。电动机 选型：Y2 系列三相异步电机，其技术 指标：额定功率，0.12 315KW；额定频 率，50Hz；额定电压， 380V；额定转 速 ，1440rpm。液压管路的参数：公称 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 直径，32mm；钢管外径，42mm；管接 头螺纹，M42 2mm；推荐管路通过流量， 250L/min。冷却装置的设计：型号为 2LQFWA6.0F，其冷却面积为 6.0m2。 所设计系统应满足：在任何航行 条件下，均能保证可靠地工作，即使在 最大航速时，亦能保证将舵转至最大舵 角，并有足够的转舵速度。对于海船舵 机，通常要求从一舷 35。转至另一舷 30。的所需时间不应超过 28s。舵机在 最大倒车速度下（一般可取最大正航速 度的一半工作时）应不致损坏。 根据以上分析，在 AMEsim 中建 立如下模型，如图 2 所示。 图 2 AMEsim 仿真模型图 通过不断的调整 PID 的参数，最 终得到比较满意的结果，仿真结果如图 3。 图 3 仿真结果 分析图 3 可知，开始前，舵处于 没有偏转状态，即舵角为 0。开始后， 给了一个指令舵角-35，即要求舵在一 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 定的时间内偏转到一侧最大舵角处。指 令舵角与反馈舵角作差，偏差信号经过 随动控制器，进入变量泵控制变量泵的 排量，经过大约 13s 后，柱塞缸在变量 泵的作用下产生了-0.4m 的位移，此时 舵转到一侧的最大角度 35。图中的位 移传感器检测出柱塞缸的位移，并将它 转换成角度反馈回来。在仿真运行到 40s 时，给出另外一个指令舵角 30，要 求在舵从一侧 35，转到另一侧 30的时 间小于 28s。从图中可知，显然满足这 样的条件，设计的随动控制器符合要求。 该控制器是一个比例控制，它的比例增 益为 0.5。 4 结语 通过对舵机系统模型的分析，设 计了其控制系统，并采用 AMEsim 进行