某铝制保险杠的热处理参数控制系统研发

摘要

汽车保险杠是汽车中重要的安全防护构件，制造商对保险杠的各项机械性能的要求往往比较高，而目前，常用于汽车上的铝制保险杠防护构件的机械性能往往偏低，各项强度指标没有达到相关要求，为此，通常采用热处理技术将其各项机械性能进行改善提高。而目前，我国的热处理控制技术水平与国外相比还有一定的差距，大多数企业还在使用传统的PID控制方法对热处理炉温进行控制，这对于具有非线性、滞后、大惯性特征的热处理炉来讲，该方式对炉温的控制品质比较低，温控的稳定性和精确性较差，易于出现较大幅度的波动，最终会对铝制保险杠热处理后的性能造成一定的缺陷。因此，为了改善这一状况，提高汽车铝制保险杠的各项机械性能，改善热处理控制技术的品质，对其进行热处理炉温控制技术的研究开发在当下显得尤为重要。　　首先，本文收集了大量国内外在热处理技术控制方面的文献对其进行分析研究，找出了制约我国热处理技术发展的重要因素，如设备的先进可靠性、工艺的合理性、控制策略的先进性等，其中以控制策略的影响最为显著。因此，本文采用PID控制方法与先进的模糊控制方法相结合的思想，并对其进行改进，实现优势互补，提出了一种变论域自适应模糊PID的控制方法作为热处理炉温的控制策略。　　其次，为了验证该方法的可行性，选取了某箱式热处理电阻炉作为本文的被控对象，并对其完成了数学模型的建立，且利用建立好的数学模型在MATLABSIMULINK仿真平台下，对传统PID、模糊控制、模糊PID以及变论域自适应模糊PID四种控制方法分别建立了仿真模型。通过仿真对比实验，体现了变论域自适应模糊PID控制策略的优越性，且证明了它用于热处理炉温控制系统的可行性。　　然后，对热处理炉温控制系统进行硬件平台的设计。下位机以高性价比的AT89S52单片机作为处理器，K型热电偶为传感器，并选用了MAX6675芯片作为该热电偶的模数转换器。单片机得到输入命令后，根据本文采用的控制算法计算出控制量，再通过光电耦合器和双向可控硅驱动执行机构完成对热处理炉的控制。上位机采用LABVIEW开发软件实现了对炉温的数据处理和监控显示。　　在文章最后部分对研发的控制系统进行了调试处理和试运行，通过实验运行结果发现炉温控制的稳定性和控制品质都比较可靠，控制精度也比较高。另外，作者还利用研发的测控系统对本文需要热处理的保险杠进行了热处理工艺研究，经过多次探索实验和产品机械性能测试，确定了满足铝制保险杠设计要求的热处理工艺参数。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究意义

1.2 热处理工艺概述

1.3 热处理炉温控制的国内外发展状况

1.4 课题研究的目的与主要内容

第二章 控制对象系统建模与参数辨识

2.1 热处理电阻炉的理论建模分析

2.2 系统模型参数的辨识

2.3 本章小结

第三章 智能控制算法的设计与仿真分析

3.1 PID控制简介

3.2 模糊控制简介

3.3 常规模糊PID控制简介

3.4 变论域模糊自适应PID控制

3.5 仿真分析

3.6 抗干扰分析

3.7 本章小结

第四章 炉温控制系统的硬件设计

4.1 系统总体方案设计

4.2 系统的硬件构成及其工作原理

4.3 炉温检测电路设计

4.4 输出控制电路设计

4.5 AT89S52单片机及其系统

4.6 键盘及显示电路设计

4.7 炉温报警电路设计

4.8 单片机与上位机的通信电路

4.9 本章小结

第五章 炉温控制系统的软件设计

5.1 系统软件的总体设计思路

5.2 下位机软件设计

5.3 上位机监控软件设计

5.4 本章小结

第六章 系统运行检验及结果分析

6.1 实验背景及装置介绍

6.2 系统运行结果分析

6.3 保险杠材料热处理后微观组织的变化

6.4 本章小结

第七章 全文工作总结及展望

7.1 本文工作总结

7.2 研发系统的展望

致谢

参考文献

附录