金属波纹管刚性模高效胀压成形过程控制研究

摘要

刚性模胀压成形加工是一种重要的高效U形金属波纹管成形方法。但刚性模胀压成形的加工方法难以满足U形金属波纹管精度不断提高的要求。本文以实现刚性模高效胀压成形U形金属波纹管并保证加工精度为目标，对刚性模高效胀压成形加工的过程控制进行研究。
　　 (1)以HJ-500机械胀压式波纹管成形机为研究平台，分析影响高效成形的因素，揭示这些因素对加工成形精度的影响规律，明确基于高效成形的加工过程高精度控制的实现方法;
　　 (2)对刚性模胀压平台加工特性进行分析，推理出调整传动锥角进而增大机械传动比来提高加工速度时的系统负载阻力特性规律;使用有限元软件LS-DYNA对不同厚度管坯胀压过程进行仿真，分析出挤压过程中模片受到的阻力变化规律，进而确定不同厚度波纹管加工的匹配速度，并计算出胀压卸载后波纹管的回弹量，拟定基于高效精密成形的加工参量的数值;
　　 (3)拟定高效成形系统的控制方案，建立胀压平台驱动系统的数学模型，基于分析得出的加工参数，明确系统在负载变化干扰下实现的控制精度;
　　 (4)针对波纹管成形机系统存在的变负载、参数时变性、非线性等问题，使用Simulink软件编写S函数，设计指数趋近律模糊自适应滑模控制器，并进行仿真分析确定修正后的系统控制误差，验证经过控制器补偿控制误差后的位置控制系统具备良好的控制精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 金属波纹管简介

1．2 U型波金属波纹管刚性模胀压加工概述

1．2．1 金属波纹管胀压成形工艺及发展现状

1．2．2 刚性模胀压成形平台介绍

1．2．3 刚性模胀压波纹管成形特点

1．3 刚性模高效胀压成形存在的问题

1．4 实现刚性模高效胀压成形的技术背景

1．4．1 有限元理论在金属挤压领域的应用

1．4．2 电液比例技术及现代控制技术的发展

1．5 本课题的主要研究内容

第二章 刚性模胀压过程数值模拟研究

2．1 刚性模胀压过程数值模拟

2．1．1 模拟挤压方案参数

2．1．2 模拟过程控制

2．2 胀压数值模拟结果分析

2．2．1 模拟胀压后成形质量

2．2．2 模拟胀压过程模片的阻力

2．2．3 胀压卸载后波高回弹量

2．3 本章小结

第三章 刚性模高效胀压成形方案设计

3．1 刚性模胀压平台最大传动速度分析

3．1．1 提高最高胀压速度方式的选择

3．1．2 传动比与驱动力匹配研究

3．1．3 刚性模平台最大传动速度计算

3．2 刚性模高效胀压成形方案的拟定

3．2．1 胀压速度方案比对

3．2．2 胀压方案参数的拟定

3．3 拟定胀压方案的胀压模拟验证分析

3．3．1 拟定方案的模拟胀压成形质量验证

3．3．2 模拟胀压过程的阻力

3．3．3 胀压卸载后的波高

3．4 本章小结

第四章 胀压平台驱动系统数学建模与误差分析

4．1 胀压平台驱动系统数学建模

4．1．1 驱动系统负载分析

4．1．2 驱动系统数学建模

4．2 驱动系统胀压负载的函数表达

4．3 驱动系统位置控制误差分析

4．3．1 输入引起的误差分析

4．3．2 胀压负载引起的误差分析

4．4 本章小结

第五章 基于指数趋近律驱动系统模糊自适应滑模位置控制

5．1 滑模变结构控制的基本理论

5．1．1 变结构基本描述

5．1．2 滑模变结构控制原理

5．2 基于指数趋近律的驱动系统模糊自适应滑模控制器

5．2．1 基于指数趋近律的滑模控制器设计

5．2．2 基于指数趋近律滑模变结构控制分析

5．2．3 趋近律滑模变结构Lyapunov稳定性分析

5．2．4 模糊控制器设计

5．3 胀压平台驱动系统位置控制仿真分析

5．3．1 胀压平台驱动系统位置控制系统仿真模型

5．3．2 仿真参数

5．3．3 位置控制仿真结果分析

5．4 本章小结

第六章 刚性模胀压成形实验与分析

6．1 实验目的

6．2 实验内容

6．3 实验条件

6．3．1 实验平台概述

6．3．2 驱动及传动系统元件

6．3．3 实验检测设备

6．4 实验步骤

6．4．1 实验系统安装

6．4．2 实验过程

6．5 实验结果与分析

6．6 本章小结

第七章 全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果