高精度大型模鍛件是飛機(jī)制造、航空航天工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵零部件,重型精密模鍛液壓機(jī)是保證這些模鍛件質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備,其動(dòng)梁驅(qū)動(dòng)及位置控制系統(tǒng)的精度直接決定模鍛件的品質(zhì)。大型模鍛液壓機(jī)具有高壓力、大流量、多點(diǎn)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、大慣量等特點(diǎn),系統(tǒng)在大慣量大行程快速運(yùn)動(dòng)中會(huì)引起超調(diào)振蕩,產(chǎn)生強(qiáng)沖擊,降低運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)精度和工作平穩(wěn)性。為了實(shí)現(xiàn)高精度位置控制,提高裝備整體工作能力,本文以動(dòng)梁驅(qū)動(dòng)及位置控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,圍繞其控制機(jī)理、控制總體方案、控制策略進(jìn)行了研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
(1)分析國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)控制技術(shù)及控制系統(tǒng)研究等方面的現(xiàn)狀及發(fā)展,提出動(dòng)梁驅(qū)動(dòng)及位置控制總體方案。整個(gè)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、位置檢測(cè)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成,構(gòu)建了基于總線技術(shù)的主從站結(jié)構(gòu)的分布式兩級(jí)計(jì)算機(jī)動(dòng)梁位置控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的方案。
(2)以模鍛液壓機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)梁為對(duì)象進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的分析研究。在考慮流體的可壓縮性、粘性阻力、泄漏等影響因素的基礎(chǔ)上,建立活動(dòng)橫梁的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型,采用傳遞函數(shù)的方法得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型框圖,并對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行了確定。通過(guò)分析PID控制器的三個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響及模糊控制理論,設(shè)計(jì)了模糊自適應(yīng)PID控制器,重點(diǎn)研究其實(shí)現(xiàn)的方法。應(yīng)用MATLAB中的模糊邏輯工具箱和simulink對(duì)PID控制和模糊自適應(yīng)PID控制算法進(jìn)行對(duì)比分析。
(3)完成了控制平臺(tái)的設(shè)計(jì),用PLC實(shí)現(xiàn)了模糊自適應(yīng)PID智能控制算法,采用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)了基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、多視窗分級(jí)的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了模鍛液壓機(jī)動(dòng)梁位置控制系統(tǒng)。
(4)完成了模鍛液壓機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)的調(diào)試工作。對(duì)比分析同種工況下不同控制策略以及同種控制策略在不同工況下的控制效果,研究表明,本系統(tǒng)采用模糊自適應(yīng)PID控制器,響應(yīng)速度快,位置控制精度高,明顯優(yōu)越于PID控制器,動(dòng)梁低速運(yùn)行時(shí)的控制效果比高速運(yùn)行時(shí)要好,動(dòng)梁位置控制精度達(dá)到0.1—0.2mm。
