玻璃钢制品压机四角调平控制系统的研究与设计

摘要

玻璃钢制品液压机采用的是模压成型工艺(SMC/BMC)，它是对热固性和热塑性DMC、SMC、BMC、GMT、LFT-D等一系列FRP纤维强化塑料/复合材料制品模压成形的设备。本文所设计的压机有两大主要特点:首先，其滑块运动速度极快，最高能达800mm/s。进入压制加压阶段后最高可控速度也能达到40mm/s;其次，自动化程度，工艺技术含量高，需保证整个压制过程中压机滑块全台面水平度精度保持±0.1mm之内，用于加工尺寸精度要求高、产品批量大、外观优良的高质量玻璃钢制品。
　　针对此类压机的上述两个特点，本文采用被动式四角调平控制方案，即四个单出杆调平液压缸固定在下梁四个边角上，而与运动滑块无任何固定连接，当滑块进入调平行程后（整个调平行程为80mm），四角调平系统才开始工作，由四个高频响伺服阀作为控制执行机构，实时的调节滑块在压制过程中的平行度。采用此套系统的优势如下:首先，由于调平液压缸与滑块无任何固定连接方式，避免了滑块在快速下行时调平液压缸刚度不足或者液压缸卡死等问题，且极大地减少了系统的油源供应及能耗。其次，此套四角调平系统采用模块化配置，可根据压机实际的工艺要求选配此套调平系统。但同时也有一些相应的技术难点需要克服，即整个四角调行程只有80mm，而此阶段滑块最高可控速度还能达40mm/s，且滑块全台面水平度精度保持±0.1mm之内，所以调平控制方法及控制策略将作为重点进行深入研究。
　　具体章节内容分述如下:
　　第一章，在查阅国内外有关对玻璃钢制品压机及压机四角调平控制系统研究文献的基础上，对玻璃钢制品的特性及应用领域、压机四角调平控制系统研究关键技术、位置调平控制策略及算法这三部分的研究现状进行了综述，并阐述了本课题提出的意义及主要研究内容。
　　第二章，详细分析了玻璃钢制品压机各阶段模压工艺和作用，初步规划压制工艺滑块位置-时间曲线和速度-位置曲线。同时结合四角调平系统的布局，阐述了其三大主要功能:预加速功能，调平控制和微开模控制的作用和实现原理。
　　第三章，根据玻璃钢制品液压机主要技术参数对四角调平控制系统进行详细设计说明，主要包括液压系统和电控系统的选型设计。并在此基础上完成了四角调平电液控制系统的整体架构设计与实施。
　　第四章，建立了阀控非对称液压缸线性化建模和伺服比例阀数学模型，详细分析了阀控非对称缸往返运动时的特性及其区别。并在此基础上建立滑块运动的整体模型，化简得到滑块运动状态微分方程的矩阵表达式，把复杂的运动系统分解成两个相对简单的子系统，根据子系统的优先级分级阐述了整个滑块的运动状态。
　　第五章，针对被动式四角调平控制系统的特点，进行基于Matlab/AMESim的联合仿真，提出了主从原理控制策略与平均值原理控制策略，在此基础上设计了相应的控制器，并对四角调平控制系统进行了仿真研究，对所设计控制方案策略进行初步验证。
　　第六章，对四角调平控制系统进行初步的实验研究，介绍了试验设备及实验方案，验证所设计的控制策略的可行性，并同理论与仿真分析进行比较。
　　第七章，总结本论文的主要工作，阐述研究结论及研究的不足之处，并对玻璃钢制品压机四角调平系统的后续研究做出了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 玻璃钢制品简介

1．2 国内外玻璃钢制品压机概述

1．3 压机四角调平系统研究现状

1．3．1 四角调平液压缸布置方式

1．3．2 四角调平液压控制系统回路

1．3．3 四角调平控制策略及算法

1．4 课题研究的意义及内容

1．4．1 课题研究的意义

1．4．2 课题研究的内容

1．5 本章小结

第二章 四角调平控制系统方案设计

2．1 玻璃钢制品压机模压工艺分析

2．2 四角调平系统结构布局设计

2．3 四角调平控制系统原理分析

2．3．1 油源切换

2．3．2 预加速运动

2．3．3 调平控制

2．3．4 微开模控制

2．4 本章小结

第三章 四角调平电液控制系统设计

3．1 四角调平液压系统设计

3．1．1 活塞液压缸设计

3．1．2 比例伺服阀选型

3．1．3 其它液压元件选型计算

3．2 四角调平电控系统设计

3．2．1 主控制器选型

3．2．2 位移传感器选型

3．2．3 压力传感器选型

3．3 四角调平电液控制系统架构

3．4 本章小结

第四章 四角调平电液控制系统数学建模

4．1 调平液压缸运动建模

4．1．1 阀控非对称液压缸线性化模型

4．1．2 比例伺服阀模型

4．2 滑块平行运动建模

4．3 本章小结

第五章 四角调平电液控制系统仿真设计

5．1 四角调平控制系统控制策略设计

5．1．1 预加速运动控制策略

5．1．2 调平运动控制策略

5．1．3 微开模运动控制策略

5．2 四角调平控制系统控制器设计

5．2．1 预加速运动前馈控制器

5．2．3 调平运动前馈控制器

5．2．3 微开模运动轴控制器

5．2．4 从动同步／平均值同步控制器

5．3 四角调平控制系统仿真

5．3．1 预加速过程

5．3．2 调平过程

5．3．3 微开模过程

5．4 本章小结

第六章 四角调平电液控制系统实验研究

6．1 四角调平系统试验平台

6．2 四角调平系统测试试验

6．3 实验测试数据分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献