武汉捷晖船用机械有限公司

1潜器-主机-螺旋桨配合分析及图谱设计螺旋桨
　　本论文要求潜器螺旋桨设计如下：已知潜器主要数据为：伴流分数w＝0.15，推力减额分数t＝0.15，主推桨有效马力EP=15kW=20.115hp，潜器航速V6Kn，螺旋桨转速N=350rpms=0.98为轴系传送效率，传送效率sDBP（主机功率）要求设计最佳螺旋桨。
　　先选用一张MAU4-70pB图谱，然后根据选定的转速N，假设一组直径D（0.8～1.2），根据公式计算出一组值，由等值线与最佳效率曲线的交点得到P/D、0、pB。还要根据公式进行计算。根据数据，取以直径D为横坐标，以sP、TEP、P/D、0分别为纵坐标，用描点作图。由给定的有效功率（转化马力）作EP水平线与TEP曲线相交，交点所对应的横坐标即为所选螺旋桨的直径，过该交点画一条垂直线，与其它曲线（sP、P/D、0）的交点，即为设计桨的各参数。
　　最后螺旋桨直径D＝1.01m，主机马力：sP＝38Hp=28.34kW螺旋桨效率：0＝0.531，螺距比：P/D＝0.715.
　　2电液伺服阀控速度控制系统传递函数
　　根据上面设计的螺旋桨及液压知识等得开环传递函数为：用系统开环频率特性分析系统的稳定性和参数变化对系统的影响。从系统的开环频率特性伯德图可以看出，当相频特性达到线-180°时，幅频特性还在零分贝线以上即幅值稳定裕量为负21KgdB；所以，由对数判据可知系统存在稳定性问题。
　　3潜器螺旋桨阀控马达液压1速度系统PID控制和模糊自整定PID控制
　　4常规PID控制
　　临界灵敏度法。临界比例增益psK、和临界振荡周期sT，利用一些经验公式，求取调节器最佳数值。
　　'0.6，0.5，0.125ppsisdsKKTTTT当系统出现等幅振荡时，0.08823psK=，0.04sTs
　　5潜器螺旋桨的常规PID与模糊自整定PID控制系统的Matlab对比仿真及分析
　　5.1系统仿真模型的建立。
　　5.2仿真结果及分析1）变参数时仿真与分析当液压固有频率100nrad/s变换成80hrad/s，用MATLAB仿真模糊PID控制系统所示。
　　2）突加载时仿真及分析在有螺旋桨负载情况下，当系统运行第3秒钟时突加50Nm的阶跃干扰力矩。
　　使用模糊PID控制的系统比常规PID系统少降了约3rad/s，期望转速是37rad/s，29.75/26.75radsrad/s3rad/s8.137rad/s，提高了约8.1％，下面是分析提高的原因：为防止系统超调取pK较小，所以pK取NB，为加快消除稳态误差iK取较大，所以iK取PB，dK为抑制误差变化率增大，取较大dK，为抑制速度下降过快，dK取较大值，所以dK取PB。因为此时的eec都大，所以E.EC都是PB（正大）。通过规则：IFEisPBANDECisPBTHENpKisNBiKisPBdKisPB，于是相应的pK往下迅速下降，pK、dK迅速上升，达到调整PID三个参数，使控制量U的增加速度加快，快于常规PID的控制量U，所以控制效果比常规PID控制好。模糊自整定PID控制在转速降到26.75rad/s时就将速度上升，趋向给定期望值。常规PID控制转速降到29.75rad/s时才将将速度上升，趋向给定值，模糊自整定PID控制在转速上比常规PID控制少下降约3rad/s.同时仿真了第3秒时突加40Nm，30Nm，20N，都相应提高了大约5.4％，3.5％，2％。
　　6结论
　　本文针对潜器螺旋桨工况和模糊自整定PID控制的特点，将此算法用于潜器螺旋桨的阀控马达液压速度控制。
　　本文采用阶跃信号作用于系统。总的分为两类情况进行仿真分析：第一类是两种控制系统空载时，在变液压固有频率参数时的情况下即（ωh=100变换成ωh=8010），模糊自整定PID控制的动态响应好于PID控制。第二类是在突加干扰情况下，模糊自整定PID控制效果比常规PID好。