巨型液壓機(jī)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(jī)是生產(chǎn)航空航天用大型零部件的關(guān)鍵設(shè)備,在國民經(jīng)濟(jì)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(zhì)量提出了更高的要求,現(xiàn)有的巨型模鍛裝備的功能已經(jīng)不能滿足這種迫切需求。因而,巨型模鍛液壓機(jī)的開發(fā)與研制已經(jīng)成為重型機(jī)械行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn),也成為了國家勢在必行的攻關(guān)項(xiàng)目。
　　 在巨型液壓機(jī)加載過程中,由于多缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)子回路的流量無法保證嚴(yán)格一致,工件形心與加載中心不重合以及工件內(nèi)部組織也不均勻,這些不可控

2、因素導(dǎo)致偏心力矩的產(chǎn)生,從而使活動(dòng)橫梁在鍛造過程中產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),活動(dòng)橫梁的偏轉(zhuǎn)會直接影響鍛件精度,甚至還會影響到壓機(jī)本體和模具的安全。因此,研究巨型液壓機(jī)的同步平衡系統(tǒng)對保證活動(dòng)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(jī)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與控制策略。首先,根據(jù)巨型模鍛液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特征與運(yùn)動(dòng)特性,建立平衡系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)態(tài)特性的影響。其次,研究巨型液壓機(jī)的同步平衡控制策略,由于巨型液壓機(jī)是一種典型的非線性及強(qiáng)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(dá)到滿意的控制效果。為此,提出了基于模型預(yù)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(jìn)而獲得滿意的控制效果。
　　 論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、動(dòng)力學(xué)建模及分析:分析了同步平衡系統(tǒng)活動(dòng)橫梁與活塞缸的受力狀況,在此基礎(chǔ)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(xué)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(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),結(jié)果表明偏心載荷使活動(dòng)橫梁產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出容許范圍的偏轉(zhuǎn)角,造成極差的同步性能。
　　 2、液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析:根據(jù)同步平衡系統(tǒng)的性能要求,確定了比例流量閥的選型,構(gòu)建了基于AMEsim的仿真平臺并在其上進(jìn)行了閥的動(dòng)態(tài)性能分析,同時(shí)建立了同步平衡系統(tǒng)閥控缸數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上研究了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
　　 3、基于模型預(yù)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(jī)的特點(diǎn),提出了基于狀態(tài)空間的模型預(yù)測控制方法,并與傳統(tǒng)PID控制方法進(jìn)行了對比分析,結(jié)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(yīng)速度且穩(wěn)定性好。
　　 4、實(shí)驗(yàn)及控制算法對比研究:搭建了中南大學(xué)315T試驗(yàn)測試性液壓機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺,在該實(shí)驗(yàn)平臺上對比分析了所提出的模型預(yù)測控制與傳統(tǒng)PID控制方法。結(jié)果表明模型預(yù)測控制方法優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制方法,同時(shí)也表明理論仿真結(jié)