基于高频感应加热电源热装配温度控制系统的研究

摘要

高频感应热装配是摩托车曲轴箱组装过程中重要工艺之一，其热装配温度直接影响着曲轴箱的装配质量、装配效率和生产成本。现有的曲轴箱过盈配合热装技术，企业利用高频感应加热电源对曲轴箱装配孔进行加热，达到消除装配工件过盈量的目的。因曲轴箱热装配加热的温度是开环控制，缺乏对曲轴箱热装配温度的监测与闭环控制，使得热装配加热温度控制精度不高进而不能保证曲轴箱的装配质量。因此，对曲轴箱热装配温度控制系统的研究具有重大的学术意义和应用价值。　　本文是以摩托车制造生产企业曲轴箱高频感应热装配工艺系统中曲轴箱加热温度控制为研究背景。为解决曲轴箱热装配工艺系统因缺乏温度闭环控制，造成装配温度控制精度不高的问题。针对此问题，本文对曲轴箱感应热装配工艺系统、加热工艺参数对感应热装配温度的影响以及模糊PID温度控制算法进行研究，设计出曲轴箱热装配闭环温度控制系统，使得曲轴箱热装配工艺系统提高了装配温度的控制精度和加热效率，对改善曲轴箱的装配质量、提高生产效率和节约生产成本等方面有重要意义。本论文包括以下内容：　　（1）对现有的曲轴箱热装配工艺系统进行研究，提出曲轴箱热装配工艺系统的闭环温度控制方案，并阐述了热装配加热温度的控制要点。　　（2）本文对曲轴箱加热过程中的电磁场、温度场进行了研究，建立了基于高频感应加热电源热装配的曲轴箱加热电-磁-热模型，并采用ANSYS软件对其进行分析，进而总结出加热工艺参数（如功率、频率和线圈与工件间隙）对热装配温度的影响。　　（3）鉴于曲轴箱热装配工艺的装配温度控制系统具有非线性、时滞、时变等复杂特性，很难建立精确的数学模型。本文对常规PID控制算法和模糊控制算法进行研究，采用模糊自适应PID控制算法对热装配工艺系统的装配温度进行控制，并通过MATLAB软件对其算法进行Simulink仿真验证。　　（4）设计了基于PLC的热装配温度控制系统。为解决下位机运算能力不足，采用模糊控制算法在上位机进行运算，将运算结果通过OPC的通讯方式传递给下位机PLC，实现热装配工艺系统中装配温度的实时在线监测与控制。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 过盈配合装配技术的现状和发展趋势

1.2.1 过盈配合装配技术的现状

1.2.2 装配自动化的发展趋势

1.3 模糊控制理论的研究现状

1.4 论文的主要工作

2 高频感应热装配工艺系统的研究

2.1 高频感应热装配工艺

2.2 曲轴箱热装配工艺系统

2.2.1 曲轴箱热装配工艺系统组成

2.2.2 曲轴箱热装配工艺系统的闭环温度控制方案

2.3 高频感应加热电源

2.3.1 高频感应加热电源的功率控制

2.3.2 高频感应加热电源的电流频率

2.3.3 高频感应加热电源的电路安装

2.3.4 冷却水路

2.4 本章小结

3 曲轴箱高频感应热装配工艺参数模拟分析

3.1 感应加热的基本理论

3.1.1 集肤效应

3.1.2 穿透深度

3.1.3 热传递方式

3.2 曲轴箱热装配电-磁-热耦合分析

3.2.1 定义单元类型和材料性能参数

3.2.2 建立模型和划分网格

3.2.3 设置边界条件

3.2.4 求解

3.3 高频感应热装配工艺参数对装配温度的影响

3.3.1 功率对装配温度的影响

3.3.2 线圈与工件的间隙对装配温度的影响

3.3.3 频率对热装配温度的影响

3.4 温度检测关键点的选取

3.5 本章小结

4 模糊PID控制及其在热装配温度控制系统中的应用研究

4.1 PID控制算法

4.1.1 PID比例调节

4.1.2 PID积分调节

4.1.3 PID微分调节

4.2 模糊控制

4.2.1 模糊控制原理

4.2.2 模糊控制的优点

4.3 温度模糊PID控制器设计

4.3.1 自适应模糊PID控制器

4.3.2 模糊PID控制器的设计

4.3.3 隶属度函数

4.3.4 模糊规则

4.3.5 模糊控制器的建立

4.4 SIMULINK仿真

4.4.1 高频感应热装配加热的传递函数

4.4.2 温度控制系统的仿真

4.5 本章小结

5 热装配温度控制系统的设计

5.1 热装配温度控制系统硬件方案的设计

5.1.1 上位机的选型

5.1.2 PLC的选型

5.1.3 传感器的选型

5.2 电气控制回路设计

5.2.1 主电气回路设计

5.2.2 温度控制系统原理图

5.2.3 PLC接线图

5.3热装配温度控制系统软件方案的设计

5.3.1 上位机监控软件的设计

5.3.2 下位机PLC控制程序的设计

5.4 上位机与下位机的通讯

5.5 热装配温度控制系统与高频感应加热电源的连接

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果