基于变深环境作用的油液介质变刚度特性研究

为研究变深下液-固-气三相复合作用时油液介质等效刚度特性,建立变深下含气量模型并分析其变化规律,获得浅(0~830 m)、中(830~2 000 m)、深(2 000~7 000 m)海层下油液介质变刚度模型。对模型计算结果进行误差分析,得到其最大误差分别为1.74%、1.92%,验证了模型的合理性。综合上述模型,建立以水深为变量的油液介质变刚度模型,以Tellus VG 32液压油为例,分析各海层下介质等效刚度的变化规律。结果表明:各海层下介质等效刚度分别以1.997、0.119 9、0.043 7 MPa/m的速度变化,即呈急剧增加、缓慢增加、渐进增加的变化规律;在浅水层下环境压力对油液介质等效刚度起主导作用,在中水层下海水温度对油液等效刚度的影响增强,但总体上环境压力的影响仍大于海水温度,在深水层下,两者变化对油液等效刚度影响甚微。

变深下环境适应性液压源的性能研究

因变量泵具有良好的节能和高精度控制特性,成为深海探测中重要的液压动力源。现有深海液压源多借助高压模拟舱内反复试验来定型,存在耗时多、研制成本高等问题。提出一种深水环境适应性变量泵,采用环境自适应性检测方法和控制原理以满足深海工况要求。基于变深环境和油液介质模型,分析了该泵的控制特性及稳定性。结果表明,泵的相对出油压力和输出流量与各自的输入控制信号成比例关系,并不受水深环境的影响,同时指出控制系统的幅值裕度和相位裕度随水深增加而增加,且浅深下0～1000 m更为显著。高压模拟舱下的测试结果与前述理论分析结果相吻合。

基于介质变黏–弹特征的深海柱塞泵压力控制特性

为预测变深环境下柱塞泵压力控制性能变化规律,基于水下动黏度–变刚度介质模型建立深海柱塞泵压力控制系统模型。从稳定性、快速响应性与稳态误差等3个方面对系统控制性能进行了综合分析,得出变深环境下,只考虑黏度影响时,系统稳定性指标和动态响应参数由初态值,即相位裕度59.4°、幅值裕度8.77 dB、上升时间0.045 s、稳态误差3.4%,分别增加至138.4°、23.4 dB、0.28 s、7.4%;只考虑刚度影响时,各参数由初态值分别减少为42.6°、23.4 dB、0.038 s、1.2%;考虑黏度–刚度复合作用时,各参数由初态值分别增加至137.6°、23.1 dB、0.265 s、7.3%。结果表明:变深环境下只考虑黏度影响与考虑黏度–刚度复合作用时,系统稳定性均随水深的增加而增加,快速响应性与稳态误差均随水深的增加而下降;只考虑刚度影响时,相关特性的变化趋势刚好相反;并得出在0～1 000 m、1 000～7 000 m两海层下泵压力控制系统可分别视作变黏度–动刚度系统、变黏度–定刚度系统。最后,通过模拟变深环境下泵的动静性能试验,验证了上述理论分析结果的合理性和有效性。

基于Lyapunov-MRAC的深海泵压力控制系统动态性能优化

针对深海环境下柱塞泵的快速响应性能变差的问题,提出将Lyapunov-MRAC策略用于深海泵压力控制系统中的方法。将海平面下的深海泵数学模型视为参考模型,以不同水深下的泵模型为实际被控模型,并由此设计深海泵压力控制系统的Lyapunov-MRAC控制器,并计算控制律。对搭建的控制系统给定不同的输入信号进行仿真实验分析。仿真结果表明,系统输出偏差随时间增加而不断降低,被控模型具备良好的跟随参考模型变化的能力;控制器参数对系统控制性能具有一定影响,当增大输入信号幅值,被控系统的最大输出偏差由1.2升至1.5,表明控制系统初期控制精度降低;稳定时间由0.8 s缩短至0.5 s,提高了稳定速度;而增大控制系统的增益值,则能同时提高系统的初期控制精度及稳定速度。阶跃响应结果表明,系统控制误差随时间增大由13.5%而不断减小为0,即控制精度不断增大;被控系统的上升时间由控制前0.923 s降至控制后0.426 s,提高了其动态响应性能。该研究为深海液压源的性能优化提供理论参考。

基于模糊控制的混合臂高空作业车工作斗调平控制系统研究

为使混合臂高空作业车在全举升空间实现工作斗的调平,结合混合臂高空作业车结构及作业特点,提出基于模糊控制的混合臂高空作业车工作斗调平控制系统方案,并设计出模糊PID控制器。采用Simulink软件建立基于混合臂高空作业车工作斗调平控制系统的模糊PID控制系统仿真模型,分析了采用常规PID控制策略与采用模糊PID控制策略的调平控制系统特性。研究结果表明:模糊PID控制在稳定性、快速性及精确性方面优于常规PID控制,确保了全举升空间范围内的控制系统性能,为混合臂高空作业车工作斗的调平提供了一种有效的方法。