原文传递
铝合金轮毂虚拟低压铸造过程的控制研究
| 论文题名： | 铝合金轮毂虚拟低压铸造过程的控制研究 |
| 关键词： | 铝合金轮毂;低压铸造;铸模温度;预测控制;汽车轮毂 |
| 摘要： | 低压铸造是汽车轮毂的主要生产工艺，但在铸造过程中轮毂容易产生缩孔、缩松等缺陷。这些缺陷跟模具的温度有关，稳定铸模的温度可以减少缺陷的产生。过程建模正逐渐成为一种改进和优化工业过程的关键技术。模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)是一种对工业控制工程有着重大影响的先进控制方法。铸造过程是一种间歇过程，可使用MPC来对铸造过程进行控制。 本文利用过程建模，对铝合金轮毂低压铸造过程的控制方案进行了研究，采用了模型预测控制这种先进的控制方法，基于ProCAST和MATLAB软件平台离线开发，免除了在运营厂开发这样一个系统的相关费用。 本文建立了轮毂的三维几何模型及轮毂的三维有限元模型，采用ProCAST模拟了轮毂的充型凝固过程，预测铸造周期中模具温度的变化及液封缺陷的发生。本文开发了一个系统，将ProCAST模拟转化成一个带通信功能的虚拟工业过程，在该过程中实现了过程数据和控制数据的读取/写入；该系统通过一个Perl脚本实现单周期ProCAST模拟的重复运行，模拟连续的循环过程。 铸造过程是一个间歇过程，可以很好地用状态空间模型代表其过程输入和输出间的关系。N4SID是一种系统辨识方法，本文采用N4SID从铸造过程的输入输出数据生成状态空间模型。为了执行系统辨识，本文分别确定了低压铸造过程的过程变量、控制变量和前馈变量；根据输入输出数据生成了状态空间模型。经验证，该模型可以预测轮毂铸造过程的近似输入输出。基于该模型，MPC控制器使用前馈变量可以预测干扰的影响，并计算出最佳的控制变量，在干扰传播之前抵消其影响。为了优化铸造过程的闭环性能，本文对MPC控制器进行了整定，定义了代价函数中的加权矩阵、预测时域和控制时域，并指定了控制变量的约束。本文通过MATLAB实现了MPC控制器的控制。 为了确定在低压铸造过程上实施模型预测控制的效果，本文通过虚拟工业过程，在开环和闭环虚拟工业过程上分别应用了三种相同的干扰情况，对该控制方案进行评估。第一种干扰是斜坡金属温度干扰，模拟了工业过程中熔融金属的温度变化。第二种干扰是轮毂从模具中顶出后模具打开时间的长短变化。第三种情况是这两种情况的组合。这些干扰导致模具温度偏离其最佳值，如果偏差足够大，会导致缺陷的产生。结果表明所开发的控制方案改善了工艺性能，能很好地抑制干扰，将模具温度维持在最佳值附近，产生液封的体积也得到了明显减少，进而减少了有缺陷轮毂的生产。 |
| 作者： | 刘荣会 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 宋小文;王耘;胡树根;黄长林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
