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《中南大学》 2014年
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大型模锻压机低速运行分析和控制策略研究

谢金晶  
【摘要】:摘要:现代航空、航天领域正朝着高可靠性、高使用寿命、轻量化等极端方向发展,高精度的大型复杂整体构件是实现这一目标的有效手段与技术途径。高性能复杂整体模锻件的等温制造技术要求大惯量模锻装备必须在低速下稳定运行,但复杂的多缸液压驱动系统、时变的锻件变形抗力与非线性摩擦力给大惯量装备的低速稳定运行带来了极大的困难。为此,本文围绕大惯量模锻装备的仿真建模、低速运行分析与稳定性控制展开研究,主要研究内容如下: 1)建立了模锻装备运动过程与锻件流变成形过程的联合仿真模型。传统的建模方法割裂了装备运行和锻件成形过程之间的联系,难以分析装备运行状态对锻造性能的影响,同时也难以掌握材料成形过程参数对模锻装备运行状态的影响规律,导致大型模锻装备的低速性能无法保证。为此,建立了结合宏观模锻装备运动过程与锻件微观流变成形过程的联合仿真模型,反映了装备运行与成形过程的相互影响关系,为低速运行性能分析提供了基础。 2)分析了大型模锻压机的低速运行规律。首先,建立了模锻低速运行过程的动力学模型,并对该解析模型进行了数学分析,推导了摩擦与低速运行的关系,得到了动静摩擦力之差和模型临界速度对低速爬行的影响规律。其次,使用联合仿真平台验证了这些规律的正确性,并得到了导致系统出现爬行的参数区域,同时还分析了锻件流变成形过程中的变形抗力对低速性能的影响。 3)针对非线性锻件变形抗力、非线性摩擦力和未知干扰下的复杂模锻过程稳定运行控制问题,提出了内外层结合的控制策略:内层采用传统的PID控制,降低速度的波动,起粗调作用;外层采用子空间辨识与模型预测控制技术相结合的控制方法,起精确调控的作用。结果表明,新的控制方法能保证大惯量模锻装备在速下平稳运行,且比传统的模锻装备控制方法具有更好的效果。 4)针对负载变化、速度切换、外干扰等导致大型模锻装备运行速度出现波动甚至突变的问题,提出了“在线建模+多控制器集成”的自适应控制策略,该方案针对时变系统的特性,采用两种控制器的加权控制方法,两种控制器分别是控制精度高的模型预测控制器和鲁棒性较好的模糊PID控制器,其在线模型辨识分别采用子空间辨识和聚类辨识。结果表明,当锻造过程出现负载变化时,系统能够进行快速的调整,其控制输出速度能较好地跟随系统的设定速度,且稳定性较好。图54幅,表16个,参考文献84篇
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TG315

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【参考文献】
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