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船用阀门电液位置伺服控制系统动态特性的研究

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第一章 绪 论

1.1 课题来源及研究背景

1.2 本课题的国内外研究现状

1.3存在问题及分析

1.4 本文研究的目的与意义

1.5 本文研究的主要内容

第二章 电液位置伺服系统的数学建模与分析

2.1 船舶压载水系统的阀门控制系统分析

2.2 电液伺服控制系统的结构

2.3 电液伺服控制系统的数学建模

2.4 各环节传递函数的计算

2.5 系统稳定性分析

2.6 本章小结

第三章 基于AMESim的控制系统动态特性的分析

3.1 引言

3.2 AMESim建模方法的研究

3.3 控制系统仿真模型的建立

3.4 模型参数的设置及仿真

3.5 系统动态特性影响因素的分析

3.6 本章小结

第四章 模糊PID控制器的设计与仿真分析

4.1 引言

4.2 常规PID控制算法

4.3 模糊控制算法

4.4 模糊PID控制器的设计

4.5控制系统的建模与仿真

4.6 本章小结

第五章 基于AMESim/Simulink的联合仿真验证

5.1 引言

5.2 联合仿真原理及环境设置

5.3 联合仿真模型的建立

5.4 联合仿真结果对比分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与参加的项目

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摘要

随着船舶自动化技术不断地发展,船舶中许多系统都安装了大量阀门,其主要作用是调整船舶姿态、保证系统的正常运行。而阀门控制系统通常是保证阀门正常工作的关键。因此,船用阀门控制系统动态特性的理论分析与优化具有重要意义。
  本文以船舶压载水系统中的阀门控制系统为研究对象,把电液伺服控制技术应用在该系统中。针对伺服控制系统存在的问题,引入智能控制算法对其进行优化,具体的研究工作如下:
  首先,分析了压载水系统中阀门电液伺服控制系统的结构与原理,运用传递函数法建立了伺服控制系统的数学模型。利用Matlab软件得到了系统的开环伯德图,对控制系统的稳定性进行了研究。研究结果表明控制系统是稳定的。
  其次,应用AMESim软件建立了阀门电液伺服控制系统的物理仿真模型。模拟了阀门的实际工作状况,对伺服系统中存在的问题进行了分析。结合系统的实际应用环境,分别探讨了不同的外负载、不同的放大器增益、不同的液压缸泄漏系数与内径以及不同的伺服阀阻尼比对伺服控制系统动态特性的影响。
  再次,分析了常规PID控制与模糊控制各自的结构及特点。针对控制系统中的问题,设计了模糊PID控制器。在Matlab/Simulink中分别建立了模糊PID控制与常规PID控制的仿真模型,对两种控制算法的控制效果进行了仿真对比研究。结果表明模糊PID控制系统的控制效果优于常规PID控制。
  最后,搭建了AMESim/Simulink联合仿真平台。通过AMESim/Simulink联合仿真技术,进一步验证了模糊PID控制算法在接近真实环境中的有效性。研究结果表明:与常规PID控制相比,模糊PID控制降低了控制系统的响应时间,减小了液压缸活塞及阀门位移的动态误差,增强了系统的抗干扰性。

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