20MN复合材料液压机电控系统的设计研究

发布时间：2017-10-08 16:37

  本文关键词：20MN复合材料液压机电控系统的设计研究

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【摘要】：高性能复合材料在汽车领域的应用,是当前汽车“减重、节能、减排”的迫切需求,符合国际能源供应紧张下对汽车“轻量化、安全化、低能耗化”的发展规划。20MN复合材料液压机作为新型复合材料LFT-D在线模压成型生产线的终端成型设备,其控制系统的设计研究具重要意义。本文针对20MN复合材料液压机的性能要求,对电气控制系统进行了设计,在此基础上对系统加压、保压控制进行了仿真研究。论文首先介绍了20MN复合材料液压机的结构特点以及液压系统分布;在给出液压机技术参数的基础上,计算了系统流量和液压回路沿层压力损失;介绍了当前多阀并联控制的研究概况,分析了主缸回路采取多阀并联控制的必要性。其次根据20MN复合材料液压机的工艺过程及性能要求,确立了以PLC为核心的现场总线控制系统,并选取工业以太网PROFINET以及IO-Link连接系统来实现网络结构的优化。给出了主要控制元件的选型,在此基础上对电气传动系统以及PLC主、从站进行了设计。然后对20MN复合材料液压机加压、保压系统进行了建模仿真研究,首先建立主缸回路比例阀组的数学模型,在此基础上搭建加压、保压控制Simulink仿真模型,通过与比例阀样本中压差-流量参数对比,验证了比例阀模型的可行性。然后研究了回路泄漏对单阀加压速度及加压能力的影响,通过仿真测试了0.5S时间内单阀加压能力,以此确定了DG10阀、DG32阀、DG80阀并联加压的方案,最后提出了基于PID的加压保压变增益比例控制方案,通过对比仿真给出了满足加压要求的比例控制参数,为下阶段加压控制提供依据。最后进行了液压机控制系统软件设计,给出了前期试运行阶段关键过程的采取的控制策略,并对试运行阶段采集的无压快下和快转慢过程的速度、位移数据进行分析,验证了前期控制策略的可行性。通过对在滑块静止状态下采集的速度波动数据进行分析,确定了系统的主要干扰源,并提出可行的干扰抑制措施。
【关键词】：复合材料液压机 PLC控制系统 压力控制 建模仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U465.6
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 国内外复合材料液压机研究概述9-11
• 1.1.1 国内复合材料液压机研究概况9-10
• 1.1.2 国外复合材料液压机研究概况10-11
• 1.2 控制系统概述11-14
• 1.2.1 控制系统的发展11-12
• 1.2.2 PLC控制系统的主要干扰源及影响途径12-13
• 1.2.3 抑制干扰的主要措施13-14
• 1.3 课题研究背景与研究目的意义14-17
• 1.3.1 课题研究背景14
• 1.3.2 课题研究目的意义14
• 1.3.3 本文主要内容14-17
• 2 20MN复合材料液压机液压系统简介17-29
• 2.1 液压机结构特点17-18
• 2.2.1 设备特点17
• 2.2.2 主机结构及液压系统分布17-18
• 2.2 上液压站液压原理18-19
• 2.3 液压系统主要参数19-25
• 2.3.1 主要技术参数19-20
• 2.3.2 液压缸尺寸20
• 2.3.3 系统流量20-22
• 2.3.4 压力损失22-25
• 2.3.5 主泵额定压力25
• 2.4 主回路多阀并联的必要性25-27
• 2.4.1 多阀并联的研究现状25
• 2.4.2 主缸回路多阀并联的必要性25-27
• 2.4.3 上液压站比例伺服阀参数27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 20MN复合材料液压机电控系统设计29-49
• 3.1 电气控制系统特点29
• 3.2 电气控制方案29-30
• 3.3 系统控制网络构架30-33
• 3.3.1 PROFIBUS与PROFINET通信30-31
• 3.3.2 IO-Link连接31-32
• 3.3.3 控制系统网络结构32-33
• 3.4 主要电气控制元件选型33-37
• 3.5 电气传动系统设计37-42
• 3.5.1 泵组控制回路设计37-40
• 3.5.2 系统电源电路设计40-42
• 3.6 控制主、从站设计42-47
• 3.6.1 PLC主站设计42-43
• 3.6.2 控制从站设计43-47
• 3.7 本章小结47-49
• 4 20MN复合材料液压机加压建模分析49-69
• 4.1 系统加压数学建模49-56
• 4.1.1 伺服比例阀模型仿真49-54
• 4.1.2 工作缸模型54-55
• 4.1.3 系统加压模型55-56
• 4.2 单阀加压仿真分析56-59
• 4.2.1 液压系统泄漏对加压的影响56-58
• 4.2.2 单阀 0.5S最大加压能力测试58-59
• 4.3 并联加压仿真分析59-62
• 4.3.1 加压保压阀组确定59-60
• 4.3.2 系统并联加压仿真60-61
• 4.3.3 并联加压对阀输出流量的影响61-62
• 4.4 基于PID的变增益加压保压比例控制62-67
• 4.4.1 PID控制原理62-63
• 4.4.2 PID参数功能63-64
• 4.4.3 加压保压变增益比例控制64-67
• 4.5 本章小结67-69
• 5 软件设计及试运行测试69-85
• 5.1 关键过程控制策略及软件设计69-73
• 5.1.1 主程序设计69-70
• 5.1.2 滑块无压快下及快速回程控制70-71
• 5.1.3 滑块快转慢控制71-72
• 5.1.4 滑块慢速下行及慢速回程控制72
• 5.1.5 移动操作台及吊臂界面设计72-73
• 5.2 人机界面设计73-76
• 5.2.1 显示输出界面73-74
• 5.2.2 点动调试界面74
• 5.2.3 单步调试界面74-75
• 5.2.4 参数设置界面75
• 5.2.5 状态监控界面75-76
• 5.3 滑块无压快下及快转慢测试76-79
• 5.3.1 系统响应时间测试76-77
• 5.3.2 滑块无压快下测试77-78
• 5.3.3 滑块下行快转慢测试78-79
• 5.4 系统干扰分析79-83
• 5.4.1 干扰源的确定79-81
• 5.4.2 提高系统稳定性及安全性的措施81-83
• 5.5 本章小结83-85
• 6 总结与展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-93
• 附录：B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目93

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