可调螺距螺旋桨控制系统平台设计.pdf

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1、可调螺距螺旋桨控制系统仿真平台设计DesignofSimulationPlatformforControllablePitchPropellerControlSystem洪术华焦侬(上海船舶设备研究所上海200031)摘要针对船舶可调螺距螺旋桨（以下简称调距桨）控制系统设计、调试困难的现状，设计了调距桨控制系统仿真平台，以使调距桨控制系统的设计及调试变得简单、便捷.仿真结果表明，该平台极大地方便了调距桨控制系统的设计，对实际系统的调试具有指导作用.关键词调距桨仿真PID整定遗传算法Abstract

2、Inordertomakethedesignandadjustmentofcontrollablepitchpropeller(CPP)controlsystemsimplerandmoreconvenience,theauthorsdesignedasimulationplatformthemselvestosimulatetheoperationofcontrolsystem.Thearticleintroducestheplatform,itsfunctionsandsimulatingre

3、sults.Thesimulatingexperimentshowsthatthedesignoftheplatformisasuccess.ThedesignandadjustmentofCPPanditscontrolsystemcanbedoneundertheguideofsimulatingresults.Keywordscontrollablepitchpropeller,simulation,PID-tuning,geneticalgorithms中图分类号：U664.33文献标识码

4、：A文章编号：1005-8354(2004)06-0001-04控制系统的计算机仿真是对控制系统进行科学研究的十分重要的手段.通过计算机仿真对比各种评价环节控制策略和方案，确定并优化相关参数，以获得最参数整定佳控制效果是多年来控制系统设计尤其是新型控制辨识环节策略与算法研究中必不可少的过程.本文所研究的a0(t)e(t)u(t)调距桨液压a(t)某型船的动力推进系统采用的是先进的可调螺距螺+-PID控制器伺服系统旋桨，其控制系统的调试异常困难.因此有必要设计一个船舶调距桨系统的仿真平台，使得调距桨

5、控制图1调距桨控制系统框图系统的设计、调试及优化变得容易、直观且迅速.由于船舶调距桨系统本身是非线性的，对如此1调距桨控制系统复杂系统认识的局限和实现的困难以及随机因素1.1调距桨控制系统简介（如风、浪、流等）的影响，导致系统的不确定性，调距桨能在所有工况下充分吸收主机的全功加之系统参数（如推力减额系数、伴流系数等）的率，提高螺旋桨效率，在部分负荷时可实现螺旋桨时变性，使得船舶航行工况并不仅仅局限于几个典与主机转速的最佳匹配，有良好的机动与操纵性能型工况.以港作拖轮为例，尽管其典型工况名义上只且易

6、于实现遥控，因而已在国内外多种船舶上得到有两个，一个是自由航行，另一个是拖带航行，但广泛应用.目前，调距桨控制系统一般采用传统的实际上拖带阻力随对象而变，显然是一随机变量，PID控制方法，某型船舶的调距桨控制系统框图如当船舶按典型工况下的最佳操纵特性操作时，必定图1所示.不能达到最佳控制效果.因此，调距桨控制系统的机电设备2004年第6期—1—PID参数并非为一组固定值，而是随着工作条件的式中Tv为比例阀等效时间常数.变化而改变的，PID参数的整定也因此成为困扰船1.2.2液压缸模型舶控制系统专家

7、们的一道难题.实际工作中船舶调调距桨执行机构是一个液压缸.在本文所研讨距桨控制器PID参数整定以手动调节为主，这样不的某型船的液压缸采用的是占用空间小、制造简单、仅工作繁重复杂，且整定的结果也难以达到最佳的成本低廉的单活塞杆液压缸.参考文献[1]和[2]可以效果.本设计旨在通过调距桨控制系统的仿真平台，得出这种液压缸的传递函数为：进行调距桨控制系统的PID整定仿真研究，从理论KqX(s)KceVeQtad-(s+1)F(s)+L上得到各种工况下调距桨的PID优化参数，从而极AvA1Av4beKce

8、AvY(s)=2大地方便调距桨控制系统的设计，指导实际系统的s2xhs(+s+1)2whwh调试.（2）1.2调距桨液压系统模型式中Kq为阀的流量增益，Kce为总流量—压力调距桨动力推进必须考虑变距驱动控制系统，系数，Ve为等效容积，A1为液压缸无杆腔活塞面积，变距机构可以手动、电动或者液压控制，多数大型[1]Av为平均活塞面积，wh为液压系统的固有频率，xh调距桨变距装置采用的是液压驱动方式.对于本为阻尼系数，be为附加系数，Qtad为附加泄漏量.由文所研究的某型船的调距桨螺距是