船舶舵机加载系统设计与控制策略研究

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1、硕士学位论文船舶舵机加载系统设计与控制策略研究（全日制工程型硕士）RESEARCHONTHEDESIGNANDCONTROLSRATEGYOFTHESHIPSTEERINGENGINELOADINGSYSTEM李殿鑫哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP273.2学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文船舶舵机加载系统设计与控制策略研究硕士研究生：李殿鑫导师：韩俊伟申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273.2U.D.

2、C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGHANDRESEARCHONCONTROLSTRATEGYOFLOADINGSIMULATIONSYSTEMFORMARINESTEERINGGEARSCandidate：LiDianxinSupervisor：HanJunweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEnginee

3、ringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要本文以中国人民解放军海军工程大学100吨加载力舵机加载试验台的实际工程项目为背景，对用于船舶类舵机的加载试验的舵机加载系统进行了方案设计、优化以及控制策略的研究。舵机加载系统是一种模拟舵机在工作状况下的受力情况的半实物试验设备，具有节约实验成本、缩短研制周期、提高成功率、可靠性强等优点，对在航空航天、军事武器、车辆船舶等领域的产品研发均具有重要的战略意义和经济价值舵机加

4、载系统已有四十多年的研究历史，其大多数产品主要应用于飞行器领域。针对船舶舵机自身惯性力大、受水动力频率范围宽的特点，船舶舵机加载系统需要实现较高频率和较大输出力的加载，相比于广泛应用于飞行器的舵机加载系统其技术要求更高、设计难度更大。因此，对更高性能的舵机加载系统的研究依然是具有重要价值的。本文的研究内容主要有以下几点。根据实际项目的技术要求指标以及对基本原理分析，对舵机加载系统的主要元件进行了初步的计算选型。然后建立数学模型系统方块图，并使用Simulink软件分别对惯性加载装置和加载系统进行仿真分析，找到其性能上存在的问题。通过时域仿真和频域仿真，发现惯性加载

5、装置，加载系统性能上所存在的问题。对惯性加载装置存在的性能问题进行分析，并通过仿真分析其影响因素，找到通过改变结构参数改善非线性的方法。在此基础上提出了根据液压马达频率特性曲线与结构参数对应关系，对主要元件的选型进行了优化的方法。经过仿真分析，验证了这一方法能够有效地提高惯性加载装置的加载精度。对多余力产生原理及其特性进行分析，并通过仿真验证了多余力存在的微分特性。对此采用速度补偿策略抑制多余力，通过仿真验证发现速度补偿能够有效削减多余力，但高频加载时剩余多余力仍然很大。采用内模控制策略进行前馈补偿进一步对对多余力进行抑制。通过仿真验证了速度前馈结合内模控制的复合

6、控制方法可以有效地抑制高频信号产生的多余力，提高加载系统的加载精度。关键词：船舶舵机；惯性加载装置；加载系统；多余力；结构不变性；内模控制-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractForthepracticalengineeringprojectofrudderloadingtestbedwith100tonsofloadingforce,aloadsimulationsystemformarinesteeringgearhasbeendesigned,optimized,anditscontrolstrategieshasbeentheoretically

7、studied.Asahardware-in-the-looptestequipmentforsimulatingtheforceconditionwhentherudderisintheworkingstate,aloadsimulationsystemhastheadvantagesofsavingtheexperimentcost,shorteningdevelopmentcycle,improvingthesuccessrate,highreliability,etc..Itsproductdevelopmenthasimportantstrategics

8、ignif