300MN模鍛水壓機(jī)動梁驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性及速度控制研究.pdf

1、300MN模鍛水壓機(jī)是我國國防建設(shè)和基礎(chǔ)建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備，其動梁驅(qū)動及速度控制技術(shù)是它的關(guān)鍵技術(shù)之一。動梁驅(qū)動系統(tǒng)流量大，工作框架系統(tǒng)所受載荷巨大、變形大，鍛壓力不斷變化，以及各參數(shù)之間耦合關(guān)系非常復(fù)雜等特點(diǎn)，是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電液耦合系統(tǒng)；當(dāng)前該水壓機(jī)無鍛壓自動化和等溫鍛壓功能，其驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性不明；動梁速度控制系統(tǒng)載荷瞬變、慣性巨大，控制滯后、控制精度低、魯棒性差。因此，以動梁驅(qū)動及速度控制系統(tǒng)為研究對象，圍繞其控制機(jī)理、動態(tài)響應(yīng)

2、特性、控制策略進(jìn)行了研究，以提高速度控制精度，為實(shí)現(xiàn)模鍛自動化、等溫鍛壓或模擬等溫鍛壓提供技術(shù)基礎(chǔ)。 論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)分析國內(nèi)外巨型模鍛水壓機(jī)動梁速度控制技術(shù)及液壓系統(tǒng)特性研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，針對控制系統(tǒng)慣性巨大、載荷瞬變、水路長而導(dǎo)致控制滯后、魯棒性差、控制精度低等特點(diǎn)，基于“油控水”控制方式，采用“液壓缸+齒輪齒條機(jī)構(gòu)+凸輪機(jī)構(gòu)+轉(zhuǎn)角位移檢測裝置”的分配閥芯開啟度控制方式，提出了內(nèi)環(huán)采用PID

3、-H∞控制凸輪軸轉(zhuǎn)角、外環(huán)采用PFC控制動梁速度的雙閉環(huán)串級控制策略。 (2)考慮流體的可壓縮性、粘性阻力、泄漏及工作框架系統(tǒng)變形等因素，分空程、鍛壓和提升三種工況，建立分配閥口、液壓管道、液壓缸的流量方程，建立動梁和上橫梁的動力學(xué)方程，建立動梁驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)模型，進(jìn)行仿真和試驗(yàn)研究。同時(shí)，對鍛壓行程的動梁速度、位移，工作缸壓力，以及分配閥口壓力差的動態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行仿真分析。仿真和試驗(yàn)研究表明，動梁速度等參數(shù)在閥芯開啟瞬間瞬變載荷

4、的作用下產(chǎn)生振蕩，響應(yīng)時(shí)間約0.7秒，控制精度受到影響。 (3)分析300MN模鍛水壓機(jī)動梁速度控制系統(tǒng)液壓操作控制原理和結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算和仿真可知，液壓操作系統(tǒng)存在瞬變載倚，且是影響控制系統(tǒng)的魯棒性和控制精度的主要因素。建立瞬變載荷作用下的液壓操作控制模型，分別采用單一PID和PID-H∞兩種控制策略，仿真和試驗(yàn)研究表明，采用PID-H∞串級控制能很好抑制瞬變載荷的影響。同時(shí)基于液壓操作系統(tǒng)載荷巨大、瞬變的特征，提出凸輪升程與轉(zhuǎn)

5、角成線性關(guān)系的一種巨型水壓機(jī)分配閥芯開啟凸輪升程曲線，以曲線最大壓力角為優(yōu)化日標(biāo)，建立優(yōu)化模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)升程曲線。 (4)針對300MN模鍛水壓機(jī)動梁速度控制滯后、魯棒性差和控制精度低的特點(diǎn)，提出并設(shè)計(jì)基于PFC-(PID-H∞)雙閉環(huán)串級動梁速度控制系統(tǒng)，從模型失配、干擾、軌跡跟蹤等方面進(jìn)行仿真研究。研究表明，控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)品質(zhì)、魯棒性和跟蹤性能。 (5)根據(jù)主分配器雙軸同步、通道多、流量大的特點(diǎn)，優(yōu)

6、化設(shè)計(jì)閥芯開啟圖和閥體。研制基于總線技術(shù)的多系統(tǒng)協(xié)同的多主站結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分布式三級計(jì)算機(jī)動梁速度控制系統(tǒng)，以及基于比例流量控制原理液壓操作系統(tǒng)。采用WINCC組態(tài)軟件研制基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、多視窗分級的人機(jī)界面的動梁速度監(jiān)控系統(tǒng)。集成這些系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了300MN模鍛水壓機(jī)動梁速度控制。 (6)在不同速度、不同工藝條件下，對300MN模鍛水壓機(jī)PFC-(PID-H∞)動梁速度控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究表明，試驗(yàn)與仿真結(jié)果相互吻合，證明了