水下浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計及模擬實驗技術(shù)研究.pdf

1、海洋的總面積為3.6?108平方公里，占地球總面積的70.8％，儲藏著豐富的生物資源、海洋能源和礦物資源。隨著海洋開發(fā)進(jìn)程的加快和海洋技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的水下航行器將會被投入到海洋開發(fā)中。浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為水下航行器大潛深升沉運(yùn)動及姿態(tài)調(diào)整的動力源受到研究者的關(guān)注，研究浮力調(diào)節(jié)技術(shù)及其岸上模擬實驗對提高水下航行器的技術(shù)水平、加快其實用化進(jìn)程具有重要的研究意義和實用價值。
　　本文針對高壓海水泵的流量均大于15L/min，不適應(yīng)本文

2、研究的水下航行器用浮力調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的問題，研制了增壓海水泵式浮力調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究。針對浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)在深水高壓時，水的流量不易控制從而影響浮力調(diào)節(jié)的精度的問題，本文研制壓力平衡閥，并通過深水高壓模擬實驗來驗證該閥的性能。為模擬深水高壓環(huán)境，本文研制了浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬實驗臺，針對模擬實驗臺水路壓力控制問題，提出了采用油水轉(zhuǎn)換缸的方案。針對浮力調(diào)節(jié)模擬實驗系統(tǒng)中的壓力控制問題，采用模糊自適應(yīng)PID控制技術(shù)，并進(jìn)行仿真實驗驗

3、證。
　　本文針對水下浮力調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)及其模擬實驗技術(shù)，主要進(jìn)行了以下研究工作：
　　(1)分析國內(nèi)外浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其模擬實驗技術(shù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其模擬實驗系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，得到了以前的浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)不足，為引出本文浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)做了鋪墊。分析了國內(nèi)外模擬實驗系統(tǒng)控制技術(shù)，得出。
　　(2)研究增壓海水泵式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，針對課題研究內(nèi)容和浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進(jìn)行總體方案分析與論證，總結(jié)了方案設(shè)計的技術(shù)難點和設(shè)

4、計重點。本文高壓海水泵不能適應(yīng)本文的浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的問題，提出了采用增壓水泵二級增壓的方式，通過油路帶動水路來實現(xiàn)高壓海水泵的功能，并通過壓力實驗來驗證該方式的可行性。針對本文浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)深水換向閥需要雙向?qū)?，但是市面上海水電磁閥多為單向?qū)ǖ膯栴}，研制了三通球閥，通過兩個三通球閥來實現(xiàn)一個兩位四通換向閥的功能，并通過實驗驗證其可以滿足功能要求。針對開關(guān)閥、耐壓水艙等進(jìn)行了耐腐蝕設(shè)計和強(qiáng)度分析，研制了浮力調(diào)節(jié)的整體液壓系統(tǒng)及其承載裝置。

5、
　　(3)研究浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件壓力平衡閥。為保證浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量可控，由于市場上沒有高壓海水壓力平衡閥產(chǎn)品，在浮力調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)總體方案確定之后，需要自行研制壓力平衡閥。本文設(shè)計了帶有二級節(jié)流口的錐閥結(jié)構(gòu)，應(yīng)用AMESim軟件建立壓力平衡閥的仿真模型，根據(jù)不同閥芯形式的仿真模型進(jìn)行仿真分析，加工壓力平衡閥并對閥進(jìn)行開啟壓力與流量測量的實驗，通過實驗驗證二級節(jié)流口錐閥的性能。對壓力平衡閥的閥芯直徑尺寸進(jìn)行優(yōu)化，通過仿真進(jìn)行對

6、比分析，得出閥芯直徑的優(yōu)化尺寸，通過實驗驗證仿真實驗結(jié)果的可信性。
　　(4)為驗證浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對海洋環(huán)境的適應(yīng)性，自行研制了浮力調(diào)節(jié)模擬實驗系統(tǒng)，模擬深水大外壓的海洋環(huán)境，建立了該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。由于浮力調(diào)節(jié)模擬實驗系統(tǒng)存在流量和壓力脈動，為了提高模擬實驗系統(tǒng)的壓力精度，本文采用模糊自適應(yīng)PID控制算法，設(shè)計了模糊自適應(yīng)PID壓力控制器。通過仿真實驗對比分析模糊自適應(yīng)PID與PID兩種控制方法的控制性能。
　　(5)自行研