浅析小型船舶舵鳍液压伺服控制系统的仿真及实验研究

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1、2012年11月机床与液压NOV．2012第40卷第21期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．40No．21DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．21．040小型船舶舵鳍液压伺服控制系统的仿真及实验研究刘旌扬，张裕芳(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240)摘要：提出用换向阀控制开式液压系统的船舶小型舵机伺服系统，采用Bang—bang控制方法进行控制器设计。利用MATLAB的SimHydraulic物理仿真模块，建立了这一系统的仿真模型，通过闭环仿真调整得到控制器参数，

2、并通过实验进行了验证。仿真和实验表明这一舵机伺服系统的性能满足要求。关键词：液压伺服系统；舵机；Bang-bang控制；SimHydraulic仿真中图分类号：U664．8文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)21—150—4SimulationsandExperimentalResearchonaHydraulicServoControlSystemforShiplddersLIUJingyang，ZHANGYufang(SchoolofNavalArchitecture，CivilandOceanEnginee

3、ring，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Ahydraulicservocontrolsystemdrivenbyon-ofvalvewasproposed．Bang-bangcontrolwasappliedasthecontrolstrategy．TheSimHydraulicsimuliationmoduleinMATLABwasusedtosimulatethehydraulicdynamics．ParametersoftheBang-ban

4、gcontrollerweretunedviathesimulationsandthenappliedintherealtests．Theexperimentsverifytheperformanceofthehydrau—licservosystemmeetrequirement．Keywords：Hydraulicserv0system；Shiprudder；Bang-bangcontrol；SimHydraulicsimulation船舶的舵机和减摇鳍等操纵装置通常采用液压动采用MATLAB的SimHydraulics模块进

5、行液压系统动力驱动。其伺服控制可以通过电液伺服阀连续控制液力学建模，并与台架实验进行比对，验证了模型的有压油流量实现，或者直接通过小型伺服阀调节变量泵效性。在此基础上对Bang—bang控制律进行了验证，实现。如文献[2—3]中对阀控型液压系统进行证明了这一系统不仅具有结构简单、成本较低的优了研究。这两种方法都能够连续地无级调节油缸行程势，还能在控制精度上满足要求。和速度，便于采用经典的控制方法实现良好的控制精文中介绍了这一小型舵机伺服系统的硬件组成及度。但是无论是伺服阀的还是变量泵，结构都相对复控制结构；利用SimHydraul

6、ics建立了系统的动力学杂，导致价格高、可靠性降低。仿真模型；为这一伺服系统设计了Bang—bang控制在一般民用小型船舶中，大量使用手动操作的开器。利用实验验证仿真模型的正确性，并采用Bang—环液压舵机。这种舵机由定量泵和换向阀组成，转舵bang控制实现了舵机的闭环随动控制，验证了控制的角度通过人工开关换向阀实现，具有简单可靠、成系统的有效性；最后对全文进行了总结。本低的优势。在某些场合，如果能适当降低对控制精1开关型舵鳍伺服控制系统描述度的要求，则可以在这种液压舵机的基础上加装自动目标舵机控制系统为某大学船建学院开发的阀控控

7、制系统实现自动舵功能，以降低采购和维护成本。型液压舵机控制系统，其原理框图如图1所示。文中就是对这种适用小型船舶的舵鳍液压控制系统进行仿真和实验研究。关兰兰：i!由于采用换向阀进行闭环控制，传统的连续控制!●!I垫塑一HI—叫些塑l方法~IIPID等不再适用。文献[4]中进行了Bang—bang控制在液压舵机上应用的理论研究，证明了其舵角传感器舵角反馈可能性。文中采用这一方法为系统设计控制律。控制图1舵鳍伺服控制系统原理图器的参数则直接通过仿真和实验方法测定。数值仿真收稿日期：2011一lO一07作者简介：刘旌扬(1982一)，男

8、，博士，工程师，研究方向为船舶控制。E—mail：jy_liu@sjtu．edu．cn。通信作者：张裕芳，E—mail：zhangyf@sjtu．edu．cn。第21期刘旌扬等：小型船舶舵鳍液压伺服控制系统的仿真及实验研究·151·上位计算机给舵机