翼帆回转系统液压特性及控制策略实验研究

摘要

近些年来，石油等化石燃料资源面临枯竭的问题日益凸显，造成国际原油价格不断攀升，国际相关组织对船舶排放的温室气体(CO2)、氮氧化物(NOX)等强制管理，促使航运界探索节能减排的新技术、新方法。自古以来船舶对风能的利用证明了其有效性和可行性，因此世界各国掀起了对风力助航的研究和开发热潮。
　　利用机翼型风帆（简称翼帆）辅助推进船舶航行时，其回转系统通常采用液压系统。该回转系统需根据风场情况，精确地调整和保持翼帆至最佳攻角，即要求翼帆的回转机构具有安全、可靠和稳定等特性。然而目前对回转系统的研究尚少且不够深入，因此对翼帆回转系统的研究，尤其是实验研究具有重要的理论和实用价值。
　　论文首先基于一种升阻比较高的多段翼风帆的空气动力学特性，参考船舶甲板机械形式、原理，设计翼帆回转实验台及其液压驱动系统原理图;其次，根据翼帆受力情况，对实验台主要设备进行选型计算，完成翼帆回转实验台的搭建;再次，通过实验研究，得到系统转速、压力和风阻力矩负载扰动等特性;最后，提出翼帆回转基本控制策略，对起动、制动过程中控制信号类型和时长，以及非线性补偿控制进行实验研究，验证这些基本控制策略的有效性和可行性。
　　论文基于翼帆回转实验台的实验研究，得到以下结论:所设计翼帆回转系统能够满足对翼帆回转和液压驱动系统特性的研究要求;随机风负载扰动对液压系统影响较大，在连续往复扰动下液压系统压力波动剧烈，不适合启用翼帆;起动、制动过程中，在正弦信号控制下，液压系统最稳定，起动、制动时间为2s最佳;非线性补偿控制能够提高翼帆回转精度。搭建的翼帆回转系统以及液压系统的特性为实船翼帆回转系统的设计和回转控制器的控制策略、算法的提出奠定了理论和实验基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究现状

1．2．1 风力助航研究现状

1．2．2 风力助航装置的驱动机构研究现状

1．3 课题研究目的及意义

1．4 论文主要工作

第2章 翼帆回转实验台设计

2．1 翼帆回转实验台设计方案

2．1．1 翼帆回转实验台实现功能

2．1．2 翼帆回转实验台原理设计

2．2 翼帆回转实验台驱动形式

2．3 翼帆回转液压系统原理

2．3．1 典型回转液压系统分析

2．3．2 翼帆回转液压系统原理

2．4 翼帆回转实验台设计及选型

2．4．1 翼帆回转实验台液压系统选型计算

2．4．2 翼帆回转实验台工作原理

2．5 本章小结

第3章 翼帆回转系统特性实验研究

3．1 比例调速阀实验特性分析

3．1．1 比例调速阀工作原理

3．1．2 比例调速阀实验特性分析

3．2 加载器实验特性分析

3．2．1 加载器工作原理

3．2．2 加载器实验特性分析

3．3 风阻力矩负载扰动实验特性分析

3．3．1 风速模型分析

3．3．2 随机风扰动信号类型

3．3．3 随机风扰动对液压实验特性影响

3．4 本章小结

第4章 翼帆回转系统控制策略实验研究

4．1 翼帆回转系统起动、制动控制实验研究

4．1．1 起动、制动实验研究前期准备

4．1．2 起动、制动过程控制信号类型对液压特性影响

4．1．3 起动、制动过程控制信号时间对液压特性影响

4．2 翼帆回转系统补偿控制策略实验研究

4．2．1 非线性补偿控制算法分析

4．2．2 非线性补偿控制策略实验研究

4．2．3 非线性补偿后压力特性实验研究

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介