巨型液壓機同步平衡系統(tǒng)特性分析及控制策略研究.pdf

1、巨型模鍛液壓機是生產航空航天用大型零部件的關鍵設備,在國民經濟迅速發(fā)展、工業(yè)水平迅速提升的今天,對大型模鍛件的尺度、精度和質量提出了更高的要求,現(xiàn)有的巨型模鍛裝備的功能已經不能滿足這種迫切需求。因而,巨型模鍛液壓機的開發(fā)與研制已經成為重型機械行業(yè)關注的焦點,也成為了國家勢在必行的攻關項目。
　　 在巨型液壓機加載過程中,由于多缸驅動系統(tǒng)各個子回路的流量無法保證嚴格一致,工件形心與加載中心不重合以及工件內部組織也不均勻,這些不可控

2、因素導致偏心力矩的產生,從而使活動橫梁在鍛造過程中產生偏轉,活動橫梁的偏轉會直接影響鍛件精度,甚至還會影響到壓機本體和模具的安全。因此,研究巨型液壓機的同步平衡系統(tǒng)對保證活動橫梁的角度位置精度具有重要意義。
　　 本論文旨在研究巨型液壓機的系統(tǒng)動態(tài)特性與控制策略。首先,根據巨型模鍛液壓機的結構特征與運動特性,建立平衡系統(tǒng)的數(shù)學模型,在此基礎上對系統(tǒng)進行分析,著重考慮泄漏系數(shù)、摩擦系數(shù)、油液體積彈性模量及平衡缸初始容積等參數(shù)對系統(tǒng)

3、動態(tài)特性的影響。其次,研究巨型液壓機的同步平衡控制策略,由于巨型液壓機是一種典型的非線性及強耦合系統(tǒng),并存在多種不確定性因素的影響,因而傳統(tǒng)PID控制方法難以達到滿意的控制效果。為此,提出了基于模型預測控制的控制策略,它能有效地控制非線性系統(tǒng)及抑制不確定性因素的影響,進而獲得滿意的控制效果。
　　 論文的主要研究內容如下:
　　 1、動力學建模及分析:分析了同步平衡系統(tǒng)活動橫梁與活塞缸的受力狀況,在此基礎上建立了同步平衡

4、系統(tǒng)多輸入多輸出、相互耦合的數(shù)學模型,基于所建立的模型,研究了系統(tǒng)受到偏心載荷作用時的動態(tài)響應,結果表明偏心載荷使活動橫梁產生遠遠超出容許范圍的偏轉角,造成極差的同步性能。
　　 2、液壓系統(tǒng)動態(tài)特性分析:根據同步平衡系統(tǒng)的性能要求,確定了比例流量閥的選型,構建了基于AMEsim的仿真平臺并在其上進行了閥的動態(tài)性能分析,同時建立了同步平衡系統(tǒng)閥控缸數(shù)學模型,在此基礎上研究了系統(tǒng)的動態(tài)特性。
　　 3、基于模型預測控制的同

5、步平衡系統(tǒng)控制策略研究:針對巨型液壓機的特點,提出了基于狀態(tài)空間的模型預測控制方法,并與傳統(tǒng)PID控制方法進行了對比分析,結果表明,所提出的控制方法比傳統(tǒng)PID控制方法具有更高的控制精度與更快的響應速度且穩(wěn)定性好。
　　 4、實驗及控制算法對比研究:搭建了中南大學315T試驗測試性液壓機實驗平臺,在該實驗平臺上對比分析了所提出的模型預測控制與傳統(tǒng)PID控制方法。結果表明模型預測控制方法優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制方法,同時也表明理論仿真結