刨花板热压传热过程与热压系统控制方法研究

摘要

刨花板由于其生产工艺成熟、成本低等优势现已成为最重要林木加工产品之一，其生产和使用对于提高林产资源的综合利用、缓解国内木制品材料的短缺、保护生态可持续性科学发展具有极其重要的意义。随着木质材料以及木质复合材料研究的快速发展、刨花板生产工艺研究越来越受到重视，热压环节作为刨花板整个工艺流程中最为重要的一个环节，在很大程度上决定了产品的物理性能和市场认可程度，同时也是制约我国刨花板生产工艺水平提高的一个瓶颈。本学位论文结合黑龙江青年科学基金项目《刨花板多层热压传热传质过程可视化模拟研究》(QC2009C100)，针对刨花板热压系统传热传质过程和位置伺服系统跟踪控制关键问题进行了综合研究，主要完成了以下创新工作:
　　根据经典流体力学理论的守恒方程，在考虑刨花板热压工艺过程中胶黏剂固化释放缩聚热的条件基础上，利用分离变量法建立了刨花板热压时的传热数学模型，分析了在热压板接触传热与胶黏剂固化释放的缩聚热耦合传热的共同影响下板坯芯层温度随时间的变化情况，并将此模型同传统的模型进行了比较和分析;利用实验的方法，进行了在不同热压工艺参数条件下的刨花板热压过程实验，将实验测得的数据同传热模型进行了比较分析，为刨花板热压工艺参数控制提供了重要的前提基础。
　　在考虑刨花板热压过程中热场对于板坯垂直方向的辐射下，建立了接触传热同热场辐射传热耦合传热的数学模型，并对模型进行了仿真分析;针对刨花板的热压板热场难于建立模型的特点，通过引入反演设计方法为热场所形成的热辐射的传热模型的建立提供了一种可行及有效的思路。
　　阐述了刨花板热压系统的机械组成和控制系统组成与工作原理，针对刨花板热压位置伺服系统，提出一种反步跟踪控制策略，采用Lyapunov稳定性理论保证了跟踪误差渐近收敛于零。结果表明，采用反步法设计的控制器实现了系统快速准确的位置跟踪，所设计的控制器具有收敛速度快，跟踪精度高，跟踪误差小等优点。
　　针对存在模型不确定性和外干扰的刨花板热压位置伺服系统，提出了基于神经网络的自适应反步滑模控制方案，利用RBF网络模型不确定性进行逼近，结合滑模控制对系统的外界干扰进行有效抑制，给出了系统渐进稳定以及跟踪误差渐进收敛的证明，使系统对参数不确定性以及外干扰具有较强的鲁棒性。所得到的结论对于刨花板热压控制研究具有一定的理论参考价值。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 热压传热传质机理研究

1．2．2 刨花板热压控制技术

1．3 反步控制基本理论

1．3．1 反步法控制技术的思想

1．3．2 反步法控制的基本方法与应用

1．4 本文的研究内容

2 刨花扳热压控制过程及控制方法

2．1 刨花板热压工艺介绍

2．2 影响刨花板热压工艺的因素

2．3 刨花板热压过程控制方法

2．4 本章小结

3 刨花板热压系统传热含内部热源模型的研究

3．1 刨花板热压过程传热模型研究

3．2 含有内部热源的传热模型

3．2．1 建立内部热源模型的假定条件

3．2．2 建立含有内部热源的数学模型

3．2．3 考虑内部热源模型的仿真结果与分析

3．3 含有内部热源的传热模型的实验研究

3．3．1 实验仪器与设备

3．3．2 实验材料与方法

3．3．3 不同热压温度对于热压过程中传热的影响

3．3．4 板坯目标厚度对于热压过程中传热的影响

3．3．5 不同含水率对于热压过程中传热的影响

3．4 本章小结

4 热压板热场辐射下的传热模型研究

4．1 热压板热场辐射下的传热模型的构建

4．1．1 热场辐射热量传递的模型的建立

4．1．2 模型的初始条件与边界条件的选择

4．1．3 模型的求解

4．2 热压板热辐射影响下热压过程传热仿真研究

4．2．1 热场辐射传热模型的假定条件

4．2．2 热压板热场辐射下的数学模型的建立

4．2．3 热压板热场辐射下的传热模型的仿真与分析

4．3 热辐射传热模型的反演方法

4．3．1 板坯在热场热辐射的反演问题

4．3．2 热场辐射热源的反演

4．3．3 反演结果分析

4．4 本章小结

5 刨花板热压位置伺服系统反步跟踪控制

5．1 刨花板控制系统组成及其工作原理

5．1．1 热压工艺与液压原理

5．1．2 位置伺服控制的原理

5．2 反步设计法基本理论

5．3 热压机板厚控制液压系统模型

5．4 基于反步法的控制器设计及稳定性分析

5．4．1 反步控制器设计

5．4．2 稳定性分析

5．5 仿真分析

5．6 本章小结

6 刨花板热压位置伺服系统反步神经滑模鲁棒跟踪控制

6．1 神经网络滑模控制简单介绍

6．2 热压位置伺服系统神经网络滑模控制

6．2．1 RBF网络自适应滑模控制

6．2．2 热压位置伺服系统反步神经滑模鲁棒跟踪控制

6．2．3 仿真分析

6．3 存在外干扰的热压位置伺服系统反步神经滑模鲁棒跟踪控制

6．3．1 控制器的设计

6．3．2 稳定性分析

6．3．3 仿真分析

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明