控制算法在自动浇注系统中的研究与仿真

摘要

浇注是现代化铸造生产中十分重要的方法和工艺过程。我国是一个铸造生产大国，各铸造企业为了使自己能在激烈竞争的市场中赢得一席之地，对铸件质量的要求越来越苛刻。然而许多因素影响或制约了铸件质量、产量的提高，甚至很多铸造企业依然停留在人工浇注阶段，虽然人工浇注的铸件质量比较好，生产效率却很低。作者通过对铸造过程中浇注系统的分析和研究，发现影响铸件质量的主要因素是浇注过程中浇口杯的液位。它的高低不仅影响着铸件的质量和产量，而且如果控制不好，液位过高，会导致金属液从浇口杯中漏出，破坏整个浇注系统的正常工作；液位过低，又会造成铸件中缩松、缩孔、气泡等现象，甚至导致残次品的产生。 浇注系统是一个非常复杂的被控对象，它具有非线性、时变性、灰色性等特点，简单的PID控制方式虽然能实现浇注的自动化，但存在一定的缺点，控制参数很难调整，而且需要有经验的操作工人在线不断地对这些参数进行调整，才有可能达到浇注这个复杂多变被控系统的工艺要求。这种控制方法控制效果和有经验操作工人的控制效果相比，铸件的质量和产量存在较大的差别，而且随着操作工人的不断变更，这些宝贵的操作经验知识也有可能会随着丢失。因此有必要给浇注系统引进一些新的控制方法，以满足铸造中浇注系统自动控制的要求，从而推动我国铸造业的发展。 本文是围绕铸造浇注系统中液位的控制问题而展开的。浇口杯液位控制是浇注系统中重要的环节，是铸造生产的核心。如上所述，它的控制直接影响到铸件的质量和产量。采用传统的控制方法又很难达到控制要求。在对浇注系统进行分析和研究的基础上，作者通过现场不断地手动浇注以及与有丰富操作经验的工人进行交流，收集了大量的浇注知识。针对现有自动浇注系统的特点，将这些操作知识进行归纳总结，提出采用模糊控制的方法，并在简单模糊控制和PID控制的基础上提出一种新的控制算法，较好地解决了这一问题，达到了工艺要求。 在设计模糊控制器的过程中，通过不断仿真试验，作者发现隶属度函数，控制规则，调整因子等因素，对自动浇注系统中模糊控制器性能的好坏起着至关重要的作用，因此作者在设计控制器的过程中需要不断修正这些因素，对所设计的模糊控制器进行校正，选取适合于浇注系统控制要求的条件。通过对所设计的自动浇注系统中PID控制器和模糊控制器性能进行分析研究，总结模糊控制和PID控制的优缺点，提出采用PID参数模糊自整定控制器，并且设计了一种适合于自动浇注系统的PID参数模糊自整定控制器，最后用Matlab仿真试验验证了控制方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

昆明理工大学学位论文原创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.本文研究的目的和意义

2.论文内容概述

第二章浇注系统工艺分析

2.1.浇注

2.1.1浇注系统介绍

2.1.2浇注系统的设计

2.2自动浇注当前研究现状

2.2.1铸造生产的自动化

2.2.2浇注工艺流程

2.3影响液位控制的因素

2.4浇注系统的特点、难点

2.4.1浇注系统特点

2.4.2液位控制的难点

2.5浇注知识

2.5.1浇注时间

2.5.2包孔直径和平均浇注速度的关系

2.5.3快浇、慢浇

第三章模糊控制原理

3.1模糊控制的工作原理

3.1.1模糊控制系统组成

3.1.2模糊控制系统的优点

3.2模糊控制器设计的基本方法

3.2.1模糊控制器的结构设计

3.2.2精确量的模糊化方法

3.2.3隶属函数的确定方法

3.2.4模糊控制规则的设计

3.2.5模糊量的去模糊化

3.2.6论域、量化因子和比例因子的选择

3.2.7模糊控制查询表及模糊控制算法流程图

3.3我国模糊控制技术的研究与发展

第四章PID控制在浇注系统中的研究

4.1 PID控制原理

4.2数字PID控制算法

第五章自动浇注系统中模糊控制器的设计

5.1模糊控制器的设计

5.1.1模糊控制器结构

5.1.2模糊控制器信息获取与处理

5.1.3模糊控制器的模糊化方法

5.1.4模糊控制器知识库建立

5.1.5模糊控制器推理机建立和推理过程

5.1.6模糊控制器清晰化

5.1.7被控对象

5.1.8浇注模糊控制器工作原理综述

5.2带有调整因子的模糊控制器

5.2.1带有一个调整因子的模糊控制器

5.2.2自动浇注系统中带自调整因子的模糊控制

第六章基于PID参数模糊自整定控制的自动浇注系统

6.1 PID参数模糊自整定控制方法的思路

6.2PID参数模糊自整定控制器的应用研究

6.2.1 PID参数模糊自整定的控制系统结构

6.2.2PID参数自整定的原则

6.2.2PID参数模糊自整定控制器的设计

6.3 PID参数模糊自整定控制器的改进

6.3.1模糊控制器结构的改进

6.3.2模糊控制器推理规则的改进

6.4浇注系统拟采用的PID参数模糊自整定控制器设计

6.4.1参数kp(0)的获得

6.4.2两输入单输出模糊控制器的设计

第七章仿真与结果分析

7.1系统建模概述

7.2仿真工具

7.3仿真对象模型

7.4仿真条件与结果分析

第八章研究总结

致谢

参考文献

附录A攻读硕士期间发表的论文目录