大吨位充液拉深成形控制系统的研究

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1、硕士学位论文大吨位充液拉深成形控制系统的研究RESEARCHONCONTROLSYSTEMOFLARGE-TONNAGEHYDRODYNAMICDEEPDRAWINGEQUIPMENT赵俊伟哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP271.31学校代码：10213国际图书分类号：621.22密级：公开工学硕士学位论文大吨位充液拉深成形控制系统的研究硕士研究生：赵俊伟导师：曹健副教授申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271.31SchoolCode:1

2、0213U.D.C.:621.22SecurityClassification:PublicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCONTROLSYSTEMOFLARGE-TONNAGEHYDRODYNAMICDEEPDRAWINGEQUIPMENTCandidate:ZhaoJunweiSupervisor:AssociateProfessorCaoJianAssociateDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngi

3、neeringAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-InstitutioHarbinInstituteofTechnologyn:哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着航天运载火箭向着构件轻量化、运载重型化以及高可靠性、低成本等方向发展，越来越多的一体式大型薄壁类构件被应用于运载火箭上，以便降低成本、提高运载效率。这类构件的材料大多拉深比低，成形困难，现在国内已有液压机吨位较小，无法有效完成板材拉深成形，从而严重制约了我国运载火箭技术

4、的改进和发展。充液拉深技术是解决材料难成形问题最有效的办法之一，当今各航天强国运载火箭上的大型薄壁构件几乎都是由充液拉深技术成形而成。本课题的主要任务是为大吨位充液拉深液压机设计充液室压力控制系统。为此首先总结了国内外关于充液室系统基本构型和控制方法方面的研究，在此基础上结合本系统流量大的特点，选择五个增压缸共同控制充液室压力的方案。为了使系统正常工作，五个增压缸需同时进行压力控制和位移同步控制。基于这个方案，首先按照实际需要进行元件选型和关键部件的设计。然后建立起单通道系统的数学模型，采用变增益PID控制器消除单通道模型正反向运动的不对称性。考虑到系统的负载是

5、一个液室，负载参数的变化范围大，这里设计了模糊自适应整定PID控制器以提高系统的鲁棒性和适应性。通过对比仿真结果发现模糊自适应整定PID控制器的控制效果更理想。然后利用MATLAB-AMESim软件建立整机系统的数学模型，在此模型基础上提出“并行方式”、“跟随方式”、“补偿方式”三种方式来同时实现对液室压力的控制和增压缸位移同步。通过仿真分析发现“并行方式”可以很好的控制液室压力，但是无法消除位移同步偏差，“跟随方式”和“补偿方式”在完成压力控制的情况下，都能显著减小位移偏差，“跟随方式”控制效果最好。最终基于“跟随方式”思想结合模糊自适应整定PID控制设计充液

6、室系统控制器。最后，利用实验室中的两个增压缸搭建实验台，基于此实验台测试所设计控制器的有效性。实验中以研华工控机为载体，基于C++Builder编写相关程序。首先通过系统辨识获得液压伺服系统的数学模型，并基于此设计PID控制器。然后对第一个增压缸进行压力控制，跟踪给定压力信号；第二个增压缸跟随第一个增压缸位移。最终实验结果表明压力误差和两个增压缸的位移偏差都较小，此控制方式可以同时实现压力控制和增压缸的位移同步，控制器性能满足系统要求。关键词：充液拉深；模糊自适应整定PID控制；位移同步；压力控制；系统辨识-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAs

7、themannedlaunchingvehiclegoestoalight-weighting,heavy-duty,high-reliable,andlow-costone,increasingnumberofall-in-onelargethinpartsaredesignedfortherocketstoreducethecostandincreasetheefficiency.Becausethesepartsaremadebylightmaterialswithhighstrength,theyarehardtoproduce,whichsignifi

8、cantlylimits