大噸位超塑成形設(shè)備氣壓控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TP271.31 學(xué)校代碼：10213 國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：681.533.4 .密級(jí)：公開(kāi) 工學(xué)碩士學(xué)位論文 碩士學(xué)位論文 大噸位超塑成形設(shè)備氣壓控制 系統(tǒng)的研究 碩 士 研 究 生 ： 冀勇 導(dǎo) 師 ： 趙志衡 教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位 ： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 ： 電氣工程 所 在 單

2、 位 ： 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 答 辯 日 期 ： 2017 年 6 月 授予學(xué)位單位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 - I - 摘 要 超塑成形技術(shù)是指利用金屬在特定加工條件下呈現(xiàn)出的低強(qiáng)度、大伸長(zhǎng)率的特性對(duì)金屬進(jìn)行加工，以獲得尺寸精密、形狀復(fù)雜以及晶粒組織均勻且細(xì)小的薄壁制件，是先進(jìn)制造技術(shù)的一種。隨著我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展和國(guó)防科技的進(jìn)步，大噸位超塑成形設(shè)備的研究顯得越來(lái)越重要。超塑成形設(shè)備中

3、的氣壓控制系統(tǒng)會(huì)影響零件成形的精度，尤其在大噸位超塑成形設(shè)備中，材料的形變會(huì)使氣腔體積發(fā)生較大變化，導(dǎo)致系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣腔內(nèi)氣壓的準(zhǔn)確控制。本文重點(diǎn)研究了大噸位超塑成形設(shè)備的氣壓控制方法，進(jìn)而開(kāi)發(fā)了一種具有可視化操作與遠(yuǎn)程控制功能的氣壓控制系統(tǒng)。 分析了超塑成形設(shè)備氣壓控制系統(tǒng)的需求，利用機(jī)理法構(gòu)建了氣壓控制系統(tǒng)中上、下氣腔的數(shù)學(xué)模型，利用實(shí)驗(yàn)法修正了模型結(jié)構(gòu)并確定了模型參數(shù)，推導(dǎo)出了氣腔的時(shí)變模型。 研究了傳統(tǒng) PID 控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

4、控制、模糊控制以及模糊 PID 控制的理論，利用 MATLAB/Simulink 仿真軟件分別搭建了針對(duì)固定體積的氣腔模型與體積勻速膨脹 10 倍的氣腔模型的控制系統(tǒng)。研究了不同控制方法下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)與梯形波信號(hào)響應(yīng)，仿真結(jié)果的對(duì)比表明，將模糊 PID 控制應(yīng)用到本系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)階躍響應(yīng)與梯形波信號(hào)響應(yīng)的超調(diào)量更小，調(diào)整時(shí)間更短，符合控制要求。 完成了氣壓控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要包括需求分析、總體設(shè)計(jì)、硬件選型與基于以太網(wǎng)

5、通訊協(xié)議的系統(tǒng)搭建。軟件設(shè)計(jì)主要包括基于組態(tài)王的主控界面的設(shè)計(jì)、基于 FTP 傳輸協(xié)議的文件備份的設(shè)計(jì)和基于MATLAB 軟件的氣壓控制方法的設(shè)計(jì)。其中，主控界面主要包括氣壓參數(shù)設(shè)置界面、實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示界面、報(bào)警界面和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表界面等。 基于 OPC 通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氣壓控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交換，將模糊PID 控制方法應(yīng)用到了實(shí)際的超塑成形設(shè)備中，并對(duì)該設(shè)備的氣壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能測(cè)試與精度測(cè)試。加壓測(cè)試證明了基于模糊 PID 控制的氣