船舶运动模拟平台是现代海上军事或是海上运动中常用的测试船舶设备性能、研究抗晕训练和药物的必需性设备，其通过模拟船舶航海时的自然运动，以达到不在海上航行仍有在海上航行的效果，在海上的应用较为频繁。例如，在还没造出航空母舰时，我国一直利用船舶运动模拟平台训练海军，提高海军的军事能力，在后来装备航空母舰后，海军也能迅速掌握并尽快提高航空母舰作战能力。

液压传动技术与控制类工程技术都是现代机械制造业中比较常用的技术，虽然现代控制类工程技术多采用电动或气动传动的方式，但液压传动凭借其负载较重、惯性较小、动作相对灵敏、能够做到更频繁启动和换向的优势在机械传动场合得到大范围的应用。计算机智能控制系统作为最新型的机械控制方式，目前逐渐在各机械传动场合风靡开来，而在船舶运动模拟平台方面，将液压技术与计算机智能控制技术结合，能够大幅度提升运动模拟平台的控制精确度和高效性［1］。

1 船舶运动模拟平台液压传动原理

在船舶运动模拟平台模拟液压传动模式时，人们可以利用微电子技术，改变传统的传动方式，使之成为一种智能化的控制方式，即在与微电子控制器连接后，直接控制船舶运动模拟平台液压传动。因为船舶运动模拟平台自身兼具性能较优的动态性能，可以利用节流控制保证变量泵的恒压处在可控范围内。船舶在海上的运动主要是纵摇和垂荡两类操作，基于这两类操作并综合考虑船舶运动模拟平台的设计和实际需求，模拟液压传动原理。考虑到纵摇与垂荡运动对设备的动力需求较小，为取得不同方向阀的压力平衡，要先应用导式减压阀减小入口压力，使不同方向阀所在的油路构成并联关系，而通过控制不同方向的比例方向阀，能够逐渐独立控制液压缸，继而实现纵摇与垂荡运动的复合，再使用位移传感器就可以反馈出活塞杆位移信号并构成闭环控制［2］。

2 液压传动系统设计

2.1 运动模拟平台结构设计

将传统的机械传动与微电子技术结合形成一种全新的智能控制方式，可在一端连接现代的微电子控制设备，另一端连接功率较大的控制对象。例如，本研究的船舶运动模拟平台就可以模拟出4 000吨级船舶在4级复杂海况的海上运动情况。舰船在此时的海上运动共有横摇、升沉和纵摇三个方向与横摇、纵摇、垂摇、纵荡、横荡五个自由度，航海人员晕船或是舰船的武器使用精度被影响都与横摇、升沉和纵摇三个方向完全相关，是由其独立运动或合成其他方向的运动造成的。横摇、纵摇、垂摇三个自由度则由横摇液压缸、纵摇液压缸和垂荡液压缸分别提供，而垂荡液压缸配合球形铰链则能够提供纵荡、横荡的自由度［3］，具体的船舶运动模拟平台如图1所示。

图1 运动控制模拟平台示意图

2.2 液压传动系统设计

本研究主要使用液压传动进行船舶运动训练模拟，使得液压传动系统性能直接影响船舶运动模拟平台的质量。而液压传动系统的设计与系统要求的性能与功能有着极大的关系，除模拟平台要求的设计指标外，控制系统方面也需要较高的动态和稳态性能，会使用液压阀与流量共同结合控制的方法，而液压传动系统的设计如图2所示。

图2 液压传动系统设计图

液压传动系统使用的控制阀为电液比例方向控制阀，设计时使用2个直动式比例方向阀对液压缸进行横向与纵向的控制，主要原因是横向和纵向摇动需要的运动动力较小，垂荡时需要的运动动力较大，使用先导式比例方向阀会取得更有效的效果。再加上阀的系统压力存在差异，应用时还要在油路上添加一个先导式减压阀，并设计一个压力表观测压力值，使得制动式比例方向阀和先导式比例方向阀构成并联关系，利用计算机控制比例方向阀就可以直接控制三个阀，实现各个方向的摆向运动。而且，利用液压缸内的位移传感器可以通过返回液面位移调节方向阀实现闭环控制，这里可以使用磁致伸缩线性位移传感器［4］。

3 计算机智能控制系统设计

本研究使用的是先导式电液比例方向控制阀和直动式电液比例方向控制阀，其中的阀芯位移量与控制信号成一定比例关系。结合本研究船舶运动模拟平台的功能性要求，液压系统可使用PC实施电液比例位置控制，使得电子和液压两方的优点可以得到有效发挥，即在产生巨大的力与力矩、承受较大载荷的同时兼具高超的控制精度和优秀的频响能力，而计算机智能控制系统编程也具备优良的灵活性和适应性［5］。

文章来源：《计算机光盘软件与应用》 网址: http://www.jsjgprjyyy.cn/qikandaodu/2021/0214/544.html

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