数控液压垫电液控制系统研究

发布时间：2017-08-20 16:03

  本文关键词：数控液压垫电液控制系统研究

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【摘要】：近些年来,汽车工业取得了飞速的发展,汽车工业日益呈现出车型个性化、车身覆盖件大型化、一体化等特征,汽车生产厂商对锻压设备的要求越来越高。为了应对这一发展趋势,重型压力机必然向高精度、高效率、高柔性等方向发展,随着数控技术和伺服技术的快速发展,数控液压垫应运而生。作为汽车冲压生产线关键设备,数控液压垫的加工性能决定了汽车覆盖件质量的好坏,也在一定程度上制约着汽车工业的发展。目前,数控液压垫技术被美国、日本、德国等少数国家制造商垄断,国内技术水平的落后使得我国汽车制造商不得不依赖于进口,才能够满足复杂的工艺需求,这导致制造成本的大幅度提高,为了摆脱国外的技术垄断,提高我国汽车工业的竞争实力,需要研发具有自主知识产权的数控液压垫技术。数控液压垫核心技术包括预加速过程的位置同步控制技术和拉压成形过程的变压边控制技术。预加速过程位置／速度控制精度高,才能够保证在上下模具接触时的压力冲击小,工件不至于在接触时由于过大的压力冲击而报废；拉压成形时变压边力控制技术可以有效地保证加工时压边力在有效压边力的范围内,从而有效地提高工件的加工质量,这是因为过大的压边力就会使工件发生撕裂而报废；过小的压边力就会引起工件起皱报废。针对上述问题,本文以一台450T数控液压垫为研究对象,对比了各类压边力的控制方式的优缺点,最终选择了伺服阀控制的液压垫,其具有预加速环节,工作节拍范围大,位置、压力控制精度高的特点。对位置、压力控制分别运用PID和模糊PID控制算法进行了分析,其中模糊PID控制算法的控制效果较为良好,体现了很高的适应性。具体章节内容分述如下：第一章,提出了本课题的研究背景,详细的阐述了数控液压垫变压边力控制技术的现状,并对不同的压边力控制形式的优缺点进行了分析；对位置同步控制技术的分类、特点及发展现状也进行了详细的说明。最后提出了本课题的研究意义,并对研究内容做了详细的概括。第二章,对数控液压垫的结构、工作原理进行了详细的介绍,通过方案对比分析确定了伺服阀控的液压系统方案,绘制了液压原理图,并对液压系统的工作原理进行了说明。此外,对液压系统的关键元件进行了设计计算和元件选型,并充分地叙述选择的理由。第三章,对位置控制环节、压力控制环节、高频响伺服阀等进行数学建模,对模型进行了简化计算,分析了参数对系统的作用及影响,为后文的仿真实验验证提供理论依据。第四章,建立了数控液压垫的液压系统的AMESim模型,并对核心元件高频响伺服阀在AMESim中进行了流量和压力特性分析,其控制性能满足系统仿真的要求。对有无预加速和预加速速度大小对接触冲击压力的影响进行了仿真分析。对位置控制系统和压力控制系统进行了AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真分析,设计了PID控制器、前馈控制器与模糊控制器,通过仿真分析控制算法的控制效果,通过对比得出模糊PID控制器控制精度高,超调量小,对于不同的控制参数表现出很强的适应性。第五章,对实验设备和控制系统进行了设计,并对实验原理作了详细的说明。分别运用PID控制算法和模糊PID控制算法对位置控制和压力控制进行了实验验证分析,实验结果验证了仿真结果的正确性,相比PID控制算法,模糊PID控制算法的控制精度高,超调量小,对于不同的控制参数体现了很强的适应性。第六章,对本课题的研究工作进行了总结,同时指出了其中的不足和存在的问题,并对以后数控液压垫电液控制系统的研究及优化工作提出了展望。
【关键词】：阀控缸 位置控制 压力控制 模糊PID控制 AMESim/Simulink联合仿真分析 虚拟样机
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U468.2
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 数控液压垫的研究背景14-15
• 1.2 位置控制技术发展现状15-18
• 1.2.1 同步控制分类15-17
• 1.2.2 同步控制策略及算法17-18
• 1.3 压边力研究现状18-25
• 1.3.1 压边力简介18-20
• 1.3.2 压边力加载装置研究现状20-22
• 1.3.3 压边力控制形式分类22-25
• 1.4 课题研究内容和意义25-27
• 1.4.1 课题研究内容25-26
• 1.4.2 课题研究意义26-27
• 1.5 本章小结27-28
• 第2章 数控液压垫液压驱动系统设计28-42
• 2.1 数控液压垫简介28-29
• 2.1.1 数控液压垫结构28
• 2.1.2 数控液压垫工作原理28-29
• 2.2 数控液压垫液压系统方案设计29-30
• 2.3 数控液压垫液压驱动系统设计及原理分析30-33
• 2.3.1 预加速运动31
• 2.3.2 压边力控制31-32
• 2.3.3 快速提升运动32-33
• 2.3.4 系统保护33
• 2.4 数控液压垫关键元件选型33-41
• 2.4.1 液压缸选型33-38
• 2.4.2 伺服阀设计计算38-39
• 2.4.3 主蓄能器设计计算39-40
• 2.4.4 主泵选型40
• 2.4.5 主泵电机选型40
• 2.4.6 控制泵选型40-41
• 2.4.7 先导泵电机选型41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 数控液压垫驱动系统数学模型及分析42-54
• 3.1 系统数学模型的建立42-47
• 3.1.1 位置控制系统建模42-46
• 3.1.2 压力控制系统建模46-47
• 3.1.3 其他环节的数学模型47
• 3.2 参数计算与模型分析47-51
• 3.2.1 数学模型中参数的计算和选取47-49
• 3.2.2 系统数学模型简要分析49-51
• 3.3 本章小结51-54
• 第4章 数控液压垫液压系统仿真分析54-88
• 4.1 数控液压垫AMESim建模54-58
• 4.1.1 高频响伺服阀AMESim模型及特性分析54-55
• 4.1.2 数控液压垫AMESim仿真模型55-57
• 4.1.3 预加速效果验证仿真分析57-58
• 4.2 位置控制系统的建模及仿真分析58-75
• 4.2.1 PID位置控制系统的建立及仿真58-65
• 4.2.2 模糊PID位置控制系统的建立及仿真65-75
• 4.3 压边力控制系统建模及仿真分析75-85
• 4.3.1 PID压力控制系统的建立及仿真76-79
• 4.3.2 模糊PID压力控制系统的建立及仿真79-85
• 4.4 本章小结85-88
• 第5章 实验分析88-98
• 5.1 实验装置介绍88-90
• 5.1.1 实验原理图88-90
• 5.1.2 控制系统设计90
• 5.2 位置控制算法实验分析90-94
• 5.2.1 PID位置控制实验验证分析90-93
• 5.2.2 模糊PID位置控制算法实验分析93-94
• 5.3 压力控制算法实验分析94-96
• 5.3.1 PID压力控制算法实验验证分析94-95
• 5.3.2 模糊PID压力控制算法实验验证分析95-96
• 5.4 本章小结96-98
• 第6章 总结展望98-100
• 6.1 总结98
• 6.2 展望98-100
• 参考文献100-106
• 附录106-110

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本文编号：707531