对船舶液压舵机双余度换向阀控制系统设计

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1、2013年5月机床与液压Mav2013第41卷第10期MACHINET00L&HYDRAULICSV0l_4lNo．10DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．10．049船舶液压舵机双余度换向阀控制系统设计胡启祥，田文奇(浙江交通职业技术学院，浙江杭州I311112)摘要：提出一种船舶舵机双余度换向阀数字控制方案，并基于STM8芯片设计了一款数字控制器。采用步进电机取代传统电磁阀驱动舵机双余度换向阀，控制器可对阀的相关状态进行实时检测，并对步进电机进行精确控制，以获得优良控制性能。关键词：船舶液压舵机；双余度换向阀；

2、数字控制器；步进电机驱动中图分类号：TH134文献标识码：B文章编号：1001—3881(2013)10—147—4DesignofControlSystemforDualRedundantValveofShipHydraulicSteeringGe~irHUQixiang．TIANWenqi(ZhejiangInstituteofCommunications，HangzhouZhejiang311112，China)Abstract：AdigitalcontrolmethodfordualredundantvaLveofshiphydrauli

3、csteeringgearwasproposed．AdigitalcontrollerwasdesignedbasedonSTM8chip．Steppermotorwasusedtoreplacetraditionalelectromagneticvalvetodrivethedualredundantvalve，bywhichtherelatedstatescouldbedetectedinrealtime．Thecontrolaccuracyandperformanceareincreased．Keywords：Shiphydraulicst

4、eeringgear；Dualredundantvalve；Digitalcontroller；Steppermotordrive1双余度换向阀及工作原理其工作原理是：当阀芯在步进电机驱动下，绕周船舶舵机作为控制船舶航向的关键设备，其可向旋转一定角度时，相应阀口打开，液压油进入转舵靠性、安全性将直接影响航行安全。为确保航行安机构柱塞一侧油缸，另一侧油缸回油，使得柱塞向某全，我国《钢质海船人级规范(2009)》规定：主一方向线性运动实现左舵。因为阀芯沟槽与阀套窗口操舵装置须有两套以上的动力设备，当其中之一失设计时满足“对称一匹配”原则，当阀芯从初始

5、位效时，另一套应能迅速投入工作⋯。对于阀控型舵置反向旋转一定角度时，液压油进入柱塞另一侧油机而言，使用频繁而易发生故障的往往是换向阀。缸，则柱塞向反向作线性运动实现右舵。若是因故从功能上说，目前船舶液压舵机所用的换向阀，一障，阀芯不能周向旋转运动时，可以通过另一步进电种是滑阀，另一种是转阀，但都是单余度阀。普通机控制，使得阀芯沿轴向线性运动，同样可实现左右的舵机换向阀多是通过电磁阀为导阀驱动液动换向转舵。阀实现换向功能的，存在磁滞、零漂、抗污染性能2双余度换向阀控制方案差、可靠性不高等缺点。采用双余度换向阀，可在研发出的新型双余度换向阀基础上，如

6、何实现大幅提高现有阀控式液压舵机的可靠性，图1所示双余度换向阀在转阀功能因故障缺失时，能作为滑阀为液压舵机研发的新型双余度换向阀结构及实物继续使用，且性能优于原控制方式，是其控制系统设图，该双余度换向阀可利用阀芯的两自由度运动实计的主要任务。从控制角度讲，为了克服原控制系统现滑阀和转阀的功能。缺点，双余度换向阀控制系统采用步进电机取代电磁线圈，具有不失步、没有磁滞和零漂、抗污染能力强、可自清洁等优点J。其数字控制器可采用高性能微控制器(MCU)扩展相关外围电路构成，可直接驱动步进电机、接收舵叶转角、油路压力等多路输入信号及输出相应控制信号，并内置

7、基于BP神经网络的PID智能控制算法，实现换向阀的真正机电液一体(a)结构(b)实物图化，使其具备优良的自适应、自诊断和智能控制能图1新型双余度换向阀结构及实物图力，从而为整个舵机控制系统的结构优化和智能化带收稿日期：2013一O1—06基金项目：浙江省科技计划资助项目(2010C31055)作者简介：胡启祥(1963一)，男，硕士，副教授，研究方向为机械电子工程、轮机工程。E—mail：huqx@zjvtit．edu．cn。·148·机床与液压第41卷来重要革新。络，输出最优的K，K。，K。，对步进电机进行PID双余度阀控制系控制，达到比传统P

8、ID更好的动态控制性能和适应统由专用控制器、电性一。机驱动器等组成，可以检测阀的工作状态、罂2自动切换工作模式及接收应用系统指令等。阀采