MMS系列高性能热力模拟实验机的研制

摘要

热力模拟试验是冶金材料研究的重要手段，在新品开发和工艺优化中起重要作用。热力模拟实验机是一种高精尖的研究设备，在钢铁材料加工成形方面的试验研究课题，许多都是利用热力模拟实验机来完成的。今后新一代钢铁材料的开发研究，仍然离不开热力模拟实验。本文以2007年济南钢铁公司与东北大学签订的“MMS-200热力模拟实验机的研制”项目为背景，在原有MMS-I00热力模拟实验机的基础上，进行了功能增加和系统优化工作，研制出功能更为全面、性能更加优良的MMS-200热力模拟实验机，取得了系列创新性的研究成果。本文的主要研究内容及成果如下：
　　 ⑴针对MMS系列热力模拟实验机的复杂性，以MMS-200热力模拟实验机为例，剖析其整体结构（以机械系统为主）、以及各系统组成部分的性能指标，作为论证其试验功能得以实现的基础和保证。
　　 ⑵针对MMS系列热力模拟实验机在焊接热模拟试验功能上的欠缺，开发了MMS系列热力模拟实验机在焊接热模拟方面的工艺，并成功研制出焊接热模拟计算机应用软件，嵌入MMS系列热力模拟实验机控制系统中；此项功能的成功开发填补了国产实验机在焊接热模拟方面的空白，完善了国产热力模拟实验机的试验功能，进一步拓宽了其应用领域。
　　 ⑶针对多道次焊接热模拟试验，提出了设置道次间冷却速度的合理化策略并付诸实践，有效地改善了多道次焊接热模拟试验对道次间初始温度的控制，完善了以往多道次焊接热模拟试验的不足。
　　 ⑷针对MMS系列热力模拟实验机控制系统的设计原则和原有计算机控制系统的不足，在MMS-200新型热力模拟实验机上，对新的控制系统进行了改进，其中包括系统选型、硬件配置、通讯设置、功能任务分配等；通过高性能的控制系统来满足高精度的试验需要。
　　 ⑸依托改进后的控制系统硬件结构，选择合适的编程语言即美国NI公司的LabVIEW8.2.1和德国西门子的STEP7，搭建软件平台；详细阐述控制系统的四大组成部分：上位计算机、基础自动化部分（即下位计算机）、数据采集控制器和实时监控计算机的应用软件设计思想和结构，并对总体的执行机制进行说明。
　　 ⑹针对温度控制系统存在的高响应、纯滞后等特点，采用模糊自适应PID控制策略，提高了温度控制过程的动态响应速度和静态精度；针对主液压缸控制系统和液压马达控制系统的低阻尼、时变性以及需要适应特殊试验的要求等特点，采用BP神经网络PID控制策略，提高了两个控制系统的控制精度，减小了稳态误差。
　　 ⑺针对MMS系列热力模拟实验机试验种类繁多，需要适应不同试验条件的问题，采用了试验分类策略，将试验种类分为六类；在改进后的 MMS-200热力模拟实验机上进行常规试验和测试性能试验，并列出了相关试验的人机界面和试验曲线。