大吨位充液拉深成形控制系统的研究-机械工程专业论文.docx

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大吨位充液拉深成形控制系统的研究-机械工程专业论文

Classified Index: TP271.31 School Code: 10213 U.D.C.: 621.22 Security Classification: Public Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON CONTROL SYSTEM OF LARGE-TONNAGE HYDRODYNAMIC DEEP DRAWING EQUIPMENT Candidate: Zhao Junwei Supervisor: Associate Professor Cao Jian Associate Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Mechanical Engineering Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Defence: July, 2015 Degree-Conferring-Institutio Harbin Institute of Technology 摘 要 随着航天运载火箭向着构件轻量化、运载重型化以及高可靠性、低成本等方 向发展,越来越多的一体式大型薄壁类构件被应用于运载火箭上,以便降低成本、 提高运载效率。这类构件的材料大多拉深比低,成形困难,现在国内已有液压机 吨位较小,无法有效完成板材拉深成形,从而严重制约了我国运载火箭技术的改 进和发展。 充液拉深技术是解决材料难成形问题最有效的办法之一,当今各航天强国运 载火箭上的大型薄壁构件几乎都是由充液拉深技术成形而成。本课题的主要任务 是为大吨位充液拉深液压机设计充液室压力控制系统。为此首先总结了国内外关 于充液室系统基本构型和控制方法方面的研究,在此基础上结合本系统流量大的 特点,选择五个增压缸共同控制充液室压力的方案。为了使系统正常工作,五个 增压缸需同时进行压力控制和位移同步控制。 基于这个方案,首先按照实际需要进行元件选型和关键部件的设计。然后建 立起单通道系统的数学模型,采用变增益 PID 控制器消除单通道模型正反向运动 的不对称性。 考虑到系统的负载是一个液室,负载参数的变化范围大,这里设计了模糊自 适应整定 PID 控制器以提高系统的鲁棒性和适应性。通过对比仿真结果发现模糊 自适应整定 PID 控制器的控制效果更理想。 然后利用 MATLAB-AMESim 软件建立整机系统的数学模型,在此模型基础上 提出“并行方式”、“跟随方式”、“补偿方式”三种方式来同时实现对液室压力的 控制和增压缸位移同步。通过仿真分析发现“并行方式”可以很好的控制液室压 力,但是无法消除位移同步偏差,“跟随方式”和“补偿方式”在完成压力控制的 情况下,都能显著减小位移偏差,“跟随方式”控制效果最好。最终基于“跟随方 式”思想结合模糊自适应整定 PID 控制设计充液室系统控制器。 最后,利用实验室中的两个增压缸搭建实验台,基于此实验台测试所设计控 制器的有效性。实验中以研华工控机为载体,基于 C++ Builder 编写相关程序。首 先通过系统辨识获得液压伺服系统的数学模型,并基于此设计 PID 控制器。然后 对第一个增压缸进行压力控制,跟踪给定压力信号;第二个增压缸跟随第一个增 压缸位移。最终实验结果表明压力误差和两个增压缸的位移偏差都较小,此控制 方式可以同时实现压力控制和增压缸的位移同步,控制器性能满足系统要求。 关键词: 充液拉深;模糊自适应整定 PID 控制;位移同步;压力控制;系统辨识 -I- Abstract As the manned launching vehicle goes to a light-weighting, heavy-duty, high-reliable, and low-cost one, increasing number of all-in-one large thin parts are designed for the rockets to reduce the cost and increase the efficiency. Because these parts are made by light materials with high strength, they are hard to produce, which significantly limits the behavior and usage of the parts. Therefore, this situation limits the vehicle technology progress of our cou

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