高精度大型模锻件是飞机制造、航空航天工业生产中的关键零部件,重型精密模锻液压机是保证这些模锻件质量的关键设备,其动梁驱动及位置控制系统的精度直接决定模锻件的品质。大型模锻液压机具有高压力、大流量、多点并联驱动、大惯量等特点,系统在大惯量大行程快速运动中会引起超调振荡,产生强冲击,降低运动的动态精度和工作平稳性。为了实现高精度位置控制,提高装备整体工作能力,本文以动梁驱动及位置控制系统为研究对象,围绕其控制机理、控制总体方案、控制策略进行了研究。论文的主要研究内容如下：
(1)分析国内外液压机控制技术及控制系统研究等方面的现状及发展,提出动梁驱动及位置控制总体方案。整个系统由驱动液压系统、位置检测系统、电气控制系统三部分组成,构建了基于总线技术的主从站结构的分布式两级计算机动梁位置控制系统和上位机监控系统的方案。
(2)以模锻液压机液压驱动系统及动梁为对象进行了数学模型的分析研究。在考虑流体的可压缩性、粘性阻力、泄漏等影响因素的基础上,建立活动横梁的驱动系统动态模型,采用传递函数的方法得到系统的数学模型框图,并对系统模型参数进行了确定。通过分析PID控制器的三个参数对系统静态和动态性能的影响及模糊控制理论,设计了模糊自适应PID控制器,重点研究其实现的方法。应用MATLAB中的模糊逻辑工具箱和simulink对PID控制和模糊自适应PID控制算法进行对比分析。
(3)完成了控制平台的设计,用PLC实现了模糊自适应PID智能控制算法,采用WinCC组态软件设计开发了基于拓扑结构、多视窗分级的上位机监控系统,实现了模锻液压机动梁位置控制系统。
(4)完成了模锻液压机试验平台的调试工作。对比分析同种工况下不同控制策略以及同种控制策略在不同工况下的控制效果,研究表明,本系统采用模糊自适应PID控制器,响应速度快,位置控制精度高,明显优越于PID控制器,动梁低速运行时的控制效果比高速运行时要好,动梁位置控制精度达到0.1—0.2mm。
