鋁合金輪轂虛擬低壓鑄造過程的控制研究.pdf

1、低壓鑄造是汽車輪轂的主要生產工藝，但在鑄造過程中輪轂容易產生縮孔、縮松等缺陷。這些缺陷跟模具的溫度有關，穩(wěn)定鑄模的溫度可以減少缺陷的產生。過程建模正逐漸成為一種改進和優(yōu)化工業(yè)過程的關鍵技術。模型預測控制(Model Predictive Control，MPC)是一種對工業(yè)控制工程有著重大影響的先進控制方法。鑄造過程是一種間歇過程，可使用MPC來對鑄造過程進行控制。
　　 本文利用過程建模，對鋁合金輪轂低壓鑄造過程的控制方案進行

2、了研究，采用了模型預測控制這種先進的控制方法，基于ProCAST和MATLAB軟件平臺離線開發(fā)，免除了在運營廠開發(fā)這樣一個系統(tǒng)的相關費用。
　　 本文建立了輪轂的三維幾何模型及輪轂的三維有限元模型，采用ProCAST模擬了輪轂的充型凝固過程，預測鑄造周期中模具溫度的變化及液封缺陷的發(fā)生。本文開發(fā)了一個系統(tǒng)，將ProCAST模擬轉化成一個帶通信功能的虛擬工業(yè)過程，在該過程中實現(xiàn)了過程數據和控制數據的讀取/寫入；該系統(tǒng)通過一個Per

3、l腳本實現(xiàn)單周期ProCAST模擬的重復運行，模擬連續(xù)的循環(huán)過程。
　　 鑄造過程是一個間歇過程，可以很好地用狀態(tài)空間模型代表其過程輸入和輸出間的關系。N4SID是一種系統(tǒng)辨識方法，本文采用N4SID從鑄造過程的輸入輸出數據生成狀態(tài)空間模型。為了執(zhí)行系統(tǒng)辨識，本文分別確定了低壓鑄造過程的過程變量、控制變量和前饋變量；根據輸入輸出數據生成了狀態(tài)空間模型。經驗證，該模型可以預測輪轂鑄造過程的近似輸入輸出?；谠撃Ｐ?，MPC控制器使用

4、前饋變量可以預測干擾的影響，并計算出最佳的控制變量，在干擾傳播之前抵消其影響。為了優(yōu)化鑄造過程的閉環(huán)性能，本文對MPC控制器進行了整定，定義了代價函數中的加權矩陣、預測時域和控制時域，并指定了控制變量的約束。本文通過MATLAB實現(xiàn)了MPC控制器的控制。
　　 為了確定在低壓鑄造過程上實施模型預測控制的效果，本文通過虛擬工業(yè)過程，在開環(huán)和閉環(huán)虛擬工業(yè)過程上分別應用了三種相同的干擾情況，對該控制方案進行評估。第一種干擾是斜坡金屬溫