高精度大型模鍛件是飛機制造、航空航天工業生產中的關鍵零部件,重型精密模鍛液壓機是保證這些模鍛件質量的關鍵設備,其動梁驅動及位置控制系統的精度直接決定模鍛件的品質。大型模鍛液壓機具有高壓力、大流量、多點并聯驅動、大慣量等特點,系統在大慣量大行程快速運動中會引起超調振蕩,產生強沖擊,降低運動的動態精度和工作平穩性。為了實現高精度位置控制,提高裝備整體工作能力,本文以動梁驅動及位置控制系統為研究對象,圍繞其控制機理、控制總體方案、控制策略進行了研究。論文的主要研究內容如下：
(1)分析國內外液壓機控制技術及控制系統研究等方面的現狀及發展,提出動梁驅動及位置控制總體方案。整個系統由驅動液壓系統、位置檢測系統、電氣控制系統三部分組成,構建了基于總線技術的主從站結構的分布式兩級計算機動梁位置控制系統和上位機監控系統的方案。
(2)以模鍛液壓機液壓驅動系統及動梁為對象進行了數學模型的分析研究。在考慮流體的可壓縮性、粘性阻力、泄漏等影響因素的基礎上,建立活動橫梁的驅動系統動態模型,采用傳遞函數的方法得到系統的數學模型框圖,并對系統模型參數進行了確定。通過分析PID控制器的三個參數對系統靜態和動態性能的影響及模糊控制理論,設計了模糊自適應PID控制器,重點研究其實現的方法。應用MATLAB中的模糊邏輯工具箱和simulink對PID控制和模糊自適應PID控制算法進行對比分析。
(3)完成了控制平臺的設計,用PLC實現了模糊自適應PID智能控制算法,采用WinCC組態軟件設計開發了基于拓撲結構、多視窗分級的上位機監控系統,實現了模鍛液壓機動梁位置控制系統。
(4)完成了模鍛液壓機試驗平臺的調試工作。對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,本系統采用模糊自適應PID控制器,響應速度快,位置控制精度高,明顯優越于PID控制器,動梁低速運行時的控制效果比高速運行時要好,動梁位置控制精度達到0.1—0.2mm。
