大吨位超塑成形设备气压控制系统的研究

摘要

超塑成形技术是指利用金属在特定加工条件下呈现出的低强度、大伸长率的特性对金属进行加工，以获得尺寸精密、形状复杂以及晶粒组织均匀且细小的薄壁制件，是先进制造技术的一种。随着我国航天事业的发展和国防科技的进步，大吨位超塑成形设备的研究显得越来越重要。超塑成形设备中的气压控制系统会影响零件成形的精度，尤其在大吨位超塑成形设备中，材料的形变会使气腔体积发生较大变化，导致系统难以实现对气腔内气压的准确控制。本文重点研究了大吨位超塑成形设备的气压控制方法，进而开发了一种具有可视化操作与远程控制功能的气压控制系统。
　　分析了超塑成形设备气压控制系统的需求，利用机理法构建了气压控制系统中上、下气腔的数学模型，利用实验法修正了模型结构并确定了模型参数，推导出了气腔的时变模型。
　　研究了传统 PID控制、神经网络控制、模糊控制以及模糊 PID控制的理论，利用 MATLAB/Simulink仿真软件分别搭建了针对固定体积的气腔模型与体积匀速膨胀10倍的气腔模型的控制系统。研究了不同控制方法下系统的阶跃响应与梯形波信号响应，仿真结果的对比表明，将模糊PID控制应用到本系统时，系统阶跃响应与梯形波信号响应的超调量更小，调整时间更短，符合控制要求。
　　完成了气压控制系统的硬件及软件设计，硬件设计主要包括需求分析、总体设计、硬件选型与基于以太网通讯协议的系统搭建。软件设计主要包括基于组态王的主控界面的设计、基于 FTP传输协议的文件备份的设计和基于MATLAB软件的气压控制方法的设计。其中，主控界面主要包括气压参数设置界面、实时状态显示界面、报警界面和历史数据报表界面等。
　　基于 OPC通信技术实现了气压控制系统中各环节的数据交换，将模糊PID控制方法应用到了实际的超塑成形设备中，并对该设备的气压控制系统进行了功能测试与精度测试。加压测试证明了基于模糊PID控制的气压控制系统具有较高的准确性和实时性，零件加工测试表明了应用本系统的超塑成形设备加工出的零件符合工艺要求。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 可变体积气腔的建模与气压控制

2.1 引言

2.2可变体积气腔的数学建模

2.3 气压控制方法的研究

2.4 控制效果对比与评价

2.5 本章小结

第3章 气压控制系统的硬件设计

3.1 引言

3.2 控制系统的总体设计

3.3 气压控制系统硬件的需求分析

3.4 气压控制系统的硬件组成

3.5 本章小结

第4章 气压控制系统的软件设计

4.1 引言

4.2 气压控制系统软件功能需求分析

4.3 基于组态王的主控界面设计

4.4 基于FTP传输协议的文件备份设计

4.5 基于MATLAB的气压控制方法实现

4.6 本章小结

第5章 基于OPC技术的气压控制系统测试

5.1 引言

5.2 基于OPC技术的气压控制系统实现

5.3 气压控制系统的加压测试

5.4 超塑成形设备的加工测试

5.5 本章小结

结论

参考文献

学位期间发表的学术论文及其它成果

声明

致谢