鋁合金輪轂虛擬低壓鑄造過程的控制研究.pdf

1、低壓鑄造是汽車輪轂的主要生產(chǎn)工藝，但在鑄造過程中輪轂容易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。這些缺陷跟模具的溫度有關(guān)，穩(wěn)定鑄模的溫度可以減少缺陷的產(chǎn)生。過程建模正逐漸成為一種改進(jìn)和優(yōu)化工業(yè)過程的關(guān)鍵技術(shù)。模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control，MPC)是一種對(duì)工業(yè)控制工程有著重大影響的先進(jìn)控制方法。鑄造過程是一種間歇過程，可使用MPC來(lái)對(duì)鑄造過程進(jìn)行控制。
　　 本文利用過程建模，對(duì)鋁合金輪轂低壓鑄造過程的控制方案進(jìn)行

2、了研究，采用了模型預(yù)測(cè)控制這種先進(jìn)的控制方法，基于ProCAST和MATLAB軟件平臺(tái)離線開發(fā)，免除了在運(yùn)營(yíng)廠開發(fā)這樣一個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)費(fèi)用。
　　 本文建立了輪轂的三維幾何模型及輪轂的三維有限元模型，采用ProCAST模擬了輪轂的充型凝固過程，預(yù)測(cè)鑄造周期中模具溫度的變化及液封缺陷的發(fā)生。本文開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，將ProCAST模擬轉(zhuǎn)化成一個(gè)帶通信功能的虛擬工業(yè)過程，在該過程中實(shí)現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的讀取/寫入；該系統(tǒng)通過一個(gè)Per

3、l腳本實(shí)現(xiàn)單周期ProCAST模擬的重復(fù)運(yùn)行，模擬連續(xù)的循環(huán)過程。
　　 鑄造過程是一個(gè)間歇過程，可以很好地用狀態(tài)空間模型代表其過程輸入和輸出間的關(guān)系。N4SID是一種系統(tǒng)辨識(shí)方法，本文采用N4SID從鑄造過程的輸入輸出數(shù)據(jù)生成狀態(tài)空間模型。為了執(zhí)行系統(tǒng)辨識(shí)，本文分別確定了低壓鑄造過程的過程變量、控制變量和前饋?zhàn)兞浚桓鶕?jù)輸入輸出數(shù)據(jù)生成了狀態(tài)空間模型。經(jīng)驗(yàn)證，該模型可以預(yù)測(cè)輪轂鑄造過程的近似輸入輸出?；谠撃Ｐ?，MPC控制器使用

4、前饋?zhàn)兞靠梢灶A(yù)測(cè)干擾的影響，并計(jì)算出最佳的控制變量，在干擾傳播之前抵消其影響。為了優(yōu)化鑄造過程的閉環(huán)性能，本文對(duì)MPC控制器進(jìn)行了整定，定義了代價(jià)函數(shù)中的加權(quán)矩陣、預(yù)測(cè)時(shí)域和控制時(shí)域，并指定了控制變量的約束。本文通過MATLAB實(shí)現(xiàn)了MPC控制器的控制。
　　 為了確定在低壓鑄造過程上實(shí)施模型預(yù)測(cè)控制的效果，本文通過虛擬工業(yè)過程，在開環(huán)和閉環(huán)虛擬工業(yè)過程上分別應(yīng)用了三種相同的干擾情況，對(duì)該控制方案進(jìn)行評(píng)估。第一種干擾是斜坡金屬溫