用DSP实现不规则波作用下台架电液力矩伺服系统控制器设计

船舶减摇水舱试验台架是研究减摇水舱特性的重要试验设备，而能否准确地模拟船舶在海浪中的横摇运动是设计试验台架的关键，介绍了用DSP实现不规则波作用下电液力矩伺服系统控制器并应用于减摇水舱试验台架，试验结果表明，加入DSP控制器后系统性能得到很大改善．     

台架系统模糊PID控制算法的研究

船舶减摇水舱试验台架是设计减摇水舱的重要设备，能否准确地模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键，本系统在电液力矩伺服控制系统的基础上加入了Fuzzy—PID环节，使系统的动态性能得到了改善，可控性得到了加强，其仿真结果符合系统设计要求．     

减摇水舱晃荡运动数值模拟研究

减摇水舱是一种全航速下都能起到减摇效果的减摇装置,研究减摇水舱在晃荡运动过程中减摇力矩的变化规律,是一件很有意义的工作.首先,考虑到减摇水舱在晃荡运动的过程中水舱角的变化对阻尼系数的影响,将阻尼系数看作一个时变的函数;然后求解船舶-水舱系统横摇方程,计算不同频率简谐运动形式下,减摇水舱对于船舶提供的减摇力矩;最后应用CFD方法,对水舱在上述运动形式下的晃荡过程进行3D数值模拟,求得的减摇力矩与理论计算值比较吻合.该研究工作为减摇水舱减摇力矩的计算提供了一个新方法,同时也为下一步的研究奠定了理论基础.     

被动式减摇水舱减摇效果的评定

通过模型在规则波系列及不规则波中的试验，并结合有关的分析计算，指出被动式水舱的减摇效率与船舶本身的无因次横摇衰减系数μ有关，其规律大体呈线性关系。船舶本身的μ越小，加装水舱后能获得的减摇效率越高。当船舶在高海况下航行时，用减摇效率来评价水舱的减摇效果已无实际意义，应该直接在不规则波中进行试验。如果加装水舱后得到的有义横摇幅值能满足船舶耐波性衡准中限定的数值，则可以认为该水舱达到了预期的减摇效果。     

破舱进水对船舶横摇运动的影响

为研究船舱破损进水对船舶横摇运动的影响,建立了破舱进水船舶在规则横浪中的横摇运动微分方程,将进舱水晃荡产生的动力矩作为作用于船舶的外力矩.利用FLOW-3D对进舱水产生的动力矩进行仿真模拟计算,利用Matlab编程对破舱进水的横摇运动方程求解,计算分析破舱进水晃荡对船舶横摇运动的影响.以一艘拖轮为例,用时域法对不同波浪频率下的横摇运动响应进行计算,对比分析了规则横浪中的完整和破舱状态船舶的横摇运动响应特性.结果表明,在船舶大幅运动时,进舱水液面会成波浪状,产生翻卷和破碎,引起较大的合外力矩,使横摇运动幅值增大,危及船舶安全.     

随机横浪中船舶倾覆概率的时域分析方法

为了研究随机海浪中船舶航行安全域的构造及生存概率的预报方法，考虑阻尼和复原力矩的非线性及海浪的随机性，建立随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程．综合考虑船舶运动的瞬时状态和窄带海浪谱，采用简谐加速度方法在时域内求解横摇随机微分方程，进行随机倾覆过程的数值模拟，构造船舶航行的安全域，计算船舶安全航行的生存概率．选取不同的初始蒂件及随机波浪参数，在横摇初值平面上构造了一手长30．27m渔船航行的安全域，预报了不同有义渡高作用下渔船安全航行的生存概率．采用本文方法，可以从数量上预报船舶在随机海浪中的生存概率．     

反步鲁棒镇定及其在舵减横摇中的应用

运用反步法的思想,结合自适应方法和鲁棒控制方法,为一类具有未知或不确定参数以及能量有限扰动的非线性系统设计了易于实现的标量控制;讨论了渔政船1500HP在小风浪作用下产生的弱混沌横摇运动,并将标量舵力矩控制律运用于舵减横摇鲁棒控制.仿真验证结果表明：加入舵减摇控制后,船舶抑制海浪扰动的能力较强,控制收敛的速度较快,并且不存在超调,船舶抑制横摇的过程比较平稳,有利于减摇过程中船上人员和设备的安全.此外,控制器的设计过程基于非线性时域模型,可以应用在其他类型船舶的舵减摇设计中.     

减摇鳍控制方法仿真研究

介绍了减摇鳍传统的按力矩控制方法,在此基础上结合海浪扰动力矩提出了一种新的控制方法,并根据其存在的问题进行了分析改进.基于M atlab6.5对控制方法进行了仿真,并给出了仿真结果.仿真结果表明,提出的新控制方法能够大大降低船舶横摇,具有良好的减摇效果.     

小型船舶的横摇减摇

评述了船舶尺度对较小型船舶的横摇响应的影响，以及在较小的波高和波长的海浪中对于小的横摇自然周期的船舶的升沉和横摇共振的影响。并且对各类小船的减摇装置的选择方法作了评论。另外，还提供 带有和不肯减摇装置的船模水池试验结果和实船航行试验结果。     

船舶斜浪航行生存概率预报的安全盆方法

针对首斜浪和尾斜浪中船舶航行安全盆的构造及生存概率的预报方法，采用安全盆方法预报随机海浪中船舶航行的生存概率，考虑阻尼和复原力矩的非线性及海浪的随机性，建立了船舶横摇运动的随机非线性微分方程，综合考虑船舶运动的瞬时状态、航速及航向角，采用简谐加速度方法在时域内求解横摇随机微分方程，构造船舶斜浪航行的安全盆并预报斜浪航行的生存概率．选取不同的初始条件、航速、航向角及随机波浪参数，在横摇初值平面上构造了一条长30．7m渔船的安全盆并计算了渔船的生存概率，分析和比较了在首斜浪和尾斜浪航行时，有义波高和航速对船舶安全盆和生存概率的影响．结果表明，船舶的倾覆是否发生，与航速、航向角及船舶瞬时运动状态密切相关，     

变转速泵控系统应用于低周疲劳材料试验机的研究

为解决传统恒压系统伺服阀控制的低周疲劳试验机能耗大的问题,利用伺服电机的宽调速、响应快和扭矩大的特点,结合定量液压泵组成变转速泵控系统。该系统采用变频器驱动伺服电机,伺服电机按照指令输出变化的转速和扭矩,从而实现系统所需的流量和压力的变化,避免了溢流阀的溢流损失和伺服阀的节流损失,以实现节能的目的。给出了采用变转速泵控闭式回路控制差动缸的原理,建立了该系统的数学模型,进行了计算机数字仿真研究。结果表明,新设计的变转速泵控电液伺服控制系统可以实现四象限运行,满足材料的低周疲劳试验要求,同时可以实现显著的节能效果。研究工作的目的是从原理和性能上,探讨新型控制方案的可行性。     

作业型ROV推进器动力学建模与响应分析

为研究深海作业型遥控水下机器人（remotely operated vehicle,ROV）液压推进器控制系统的动力学响应特性,建立了一种考虑螺旋桨动态负载影响的伺服阀控制液压推进器动力学系统的数学模型,提出一种伺服阀控制液压推进器的马达流量、压力、扭矩、转速、螺旋桨转矩和推力的求解方法.通过数值仿真,分析了不同控制电压下伺服阀、液压马达和螺旋桨的动态响应过程及特点,建立了推力分配方法中推力简化约束模型,并得到了期望推力和推进器控制电压之间函数关系的数学模型.与推进器水池试验结果相比,本文仿真结果准确可信.这种完整和准确的液压推进器动力学系统的数学模型,对实际水下机器人和动力定位船舶的运动控制方法、推力分配策略及推进器控制的研究,具有一定的指导意义和工程价值.      

船舱油液泄漏入水模拟方法

为了准确计算船舶溢油事故发生时,油舱油液泄漏入水行为过程,比较了3种不同的油舱油液泄漏入水行为模拟方法,即极简化模型模拟方法、小孔射流模型模拟方法和计算流体动力学模型模拟方法。结合事故性船舶溢油实际情景,分析这些模拟方法的适用范围和局限性,并进行实验验证。实验结果表明:耦合复杂船体结构建模的计算流体动力学模型计算方法能更准确地模拟油舱泄漏入水行为。     

基于单片机与改进PID的智能电液伺服控制系统研究

为了实现对电液伺服系统进行快速、准确以及较为平稳的控制,提出了基于单片机与改进PID的智能电液伺服控制系统。通过对电液伺服系统的主要组成进行分析,并根据液压控制理论,得出了电液伺服系统中电液伺服阀等机构的数学模型。利用MSP单片机作为主控器,以接收位移传感器采集到的实时位移值,根据该值对电液伺服阀的开度进行控制。引入PID控制器,通过神经网络算法对PID控制器进行改进,设计电液伺服控制系统的控制策略,以实现电液伺服控制系统的智能化。通过Matlab/Simulink软件对所提方法进行了仿真实验,结果显示,所提方法不仅能够较为快速、准确地对电液伺服系统进行控制,而且控制过程较为平稳,具有良好的控制效果。     

永磁式BLDCM交流伺服系统转矩脉动最小化

通过研究无刷直流伺服电机的转矩特性，提出用瞬态转矩控制法和重叠换相法消除磁通畸变和换相带来的转矩脉动．同时，把以上分析的原理用于交流伺服系统，以８０９８单片机为主控制单元，配合电流跟踪控制的ＰＷＭ－ＧＴＲ逆变器作为电源以及合理的软件和硬件组成无刷直流机伺服系统，实现了控制系统的全数字化．系统可以运行于速度伺服和位置伺服两种方式．     

基于模糊控制的直流无刷伺服控制系统

主要研究了采用模糊算法且要求运行更快更精确的微机控制直流无刷伺服系统，分析了模糊控制器在伺服系统中稳态误差、调节时间和响应时间方面的性能。采用DSP数字处理器实现伺服控制，用MatLab语言仿真了模糊控制的响应，并且提出了PI控制加模糊控制的算法。     

基于矢量控制的交流伺服进给系统建模

为了提高数控进给系统的伺服精度,提出用矢量控制的方法控制伺服电机,建立交流伺服系统数学模型.研究结果表明,矢量控制法使电机机械特性线性度明显提高且起动力矩增大,使交流电机达到直流电机的控制效果;交流伺服系统数学模型的建立,完成了伺服系统的动、静态性能分析的前期工作,在数学建模中引入PID调节概念,使提高进给系统各性能指标的参数调整原则可以按PID调节理论进行.     

永磁同步电机伺服控制系统的Matlab仿真研究

根据转子磁场定向矢量控制原理,结合应用SVPWM技术,构建了永磁同步电机位置、速度、转矩控制的三闭环伺服控制系统。利用MATLAB/SIMULINK对该系统进行了计算机仿真,仿真结果表明,系统响应速度快、抗干扰能力强、稳态精度高,能满足高性能控制系统的要求。