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无头连续轧制移动式闪光焊机智能化控制的研究

王睿  
【摘要】: 无头轧制是一个集冶金、机械、电气、液压、材料、焊接、计算机控制等多技术相互交融的复杂系统,其运用焊接方法,把钢坯头与尾焊接在一起,连续不断地把钢坯送进轧机进行连续轧制。无头轧制技术的难点是钢坯的连接技术问题,即要在非常短的时间内将高速运动的钢坯连接起来。对于大截面钢材的焊接,通常可以采用电磁感应焊、激光焊和闪光对焊等。目前国外多采用闪光对焊技术来实现钢坯的连接。本文针对无头轧制技术的要求,对移动式闪光焊机的关键技术—液压系统精确控制,大功率主电路设计以及焊机行走系统的同步控制进行了深入的研究。 液压系统精确控制是无头轧制闪光焊机的关键技术之一,考虑到在焊接的闪光阶段,为保证焊接的顺利进行,动夹具的送进速度必须等于闪光烧化速度,提出了参数自调节模糊—单神经元网络控制方法,该方法采用模糊技术对单神经元学习速率进行动态调整,在线调整控制器的学习速率,将模糊控制和单神经元控制并行结合,发挥两种智能控制方法的优势,实现顶锻液压系统的高精度位置跟踪。在闪光焊接的顶锻阶段,顶锻液压缸的输出力尽可能保持一致且同时达到最大,针对存在机械耦合的液压并联同步加载系统,采用二级模糊自调整PID控制策略,第一级模糊PID控制应用于基准通道,第二级模糊PID控制应用于同步通道,实时地调整PID参数以达到系统的同步运动。仿真结果表明该控制方法能有效减少两个系统的压力动态同步误差。 闪光焊机的电源系统具有多变量、强耦合、非线性和时变性的特点,很难建立其精确的数学模型,本文在Simulink环境下对闪光焊机的电源整体(包括“功率变换器-数字控制系统-动态电阻负载”)进行了建模和仿真研究,建立基于Simulink功率模块的具有非线性特征的主电路模型以及动态电阻负载模型。研究表明,所建模型能够真实的模拟闪光焊接的动态过程,为闪光焊机电源系统的可靠控制提供了理论依据。 闪光焊机行走过程中存在静摩擦、库伦摩擦及粘性阻尼,其行走同步系统是一个典型的大惯性、非线性系统。针对闪光焊机行走同步控制,建立了行走同步控制系统的数学模型,制定了基于遗传算法和BP神经网络PID控制策略,该策略运用遗传算法优化BP网络的初始连接权系数,得到一组接近最佳的BP网络初始权值的参数组合,再通过BP算法改变网络权值,实现PID参数的在线调整,实现了焊机与轧制坯的同步跟踪,有效改善了焊机的动态跟踪性能。


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