汽车桥壳液压胀形压力控制系统研究

论文摘要

液压胀形技术是一种制造空心轻体构件的先进制造技术。用液压胀形工艺生产出的汽车桥壳，可以满足车辆制造轻量化的要求，而且制件壁厚分布合理、强度刚度高。液压胀形桥壳在国外汽车制造业中逐渐获得应用，通过大量的生产试验，已基本掌握了关键工艺参数的优化选取方法。在合理选取关键工艺参数及预定加载路径的前提下，胀形压力的控制是成形出质量良好制件的关键。但是，目前胀形压力的控制方法落后，且控制精度低，利用该工艺制备汽车桥壳类制件的成功与否受操作者对该工艺的了解及其对设备的操作熟练程度等不确定因素影响很大。本文就以上存在的问题，研究了现有条件下液压胀形压力的自动控制问题，并设计了一整套计算机控制系统，取0.75 t载重车桥壳的1／2缩小比例试件进行液压胀形试验，从而检验设计的超高压液压胀形集成装置压力控制系统的可靠性。本文首先根据系统的控制要求，完善了独立于主机系统，具有快速充液、产生变高压、乳化液循环功能的超高压液压胀形集成装置的设计，再采用电液比例控制技术对设备进行控制，并设计了数据采集与加载控制系统的外部控制电路。最后，利用模块化设计方法完成了控制系统硬件的选型与设计，并编制了交互性良好的过程控制软件，从而使该控制系统得以初步实现。文中重点探讨了超高压液压胀形压力控制的控制策略问题，利用系统辨识方法建立了胀形过程的数学模型，在此基础上完成了相应的控制器设计，给出了控制算法，并对所设计的控制系统进行了仿真。最后通过实验验证该控制系统是稳定的，系统性能可满足工艺要求。上述工作的完成，初步解决了超高压液压胀形集成装置的压力自动控制问题，为国内液压胀形工艺的实际应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 管材液压胀形技术国内外研究历史与现状
• 1.3 成型设备液压控制方法研究现状
• 1.3.1 自动控制理论研究现状
• 1.3.2 内高压成型设备电液力控制系统研究现状
• 1.4 本文研究内容及预期目标
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 预期目标
• 第2章 液压胀形集成装置结构设计及数学建模
• 2.1 引言
• 2.2 超高压液压胀形集成装置的总体设计思路
• 2.2.1 液压胀形工艺简介
• 2.2.2 液压胀形设备的基本设计要求
• 2.2.3 超高压液压胀形集成装置的设计思路
• 2.3 超高压液压胀形集成装置机械结构总体设计
• 2.3.1 模具设计
• 2.3.2 液压系统设计
• 2.4 超高压液压胀形集成装置控制系统总体方案设计
• 2.4.1 控制系统基本控制策略确定
• 2.4.2 控制系统各子系统模块化设计
• 2.4.3 控制系统主要控制元件的选择
• 2.5 超高压液压胀形集成装置的系统辨识建模
• 2.5.1 引言
• 2.5.2 系统辨识方法简介
• 2.5.3 飞升曲线法辨识建模
• 2.6 本章小结
• 第3章 模糊自整定PID控制器设计及仿真
• 3.1 引言
• 3.2 模糊自整定PID控制理论基础
• 3.2.1 PID控制理论
• 3.2.2 数字PID控制算法
• 3.2.3 模糊控制基本原理
• 3.2.4 模糊自整定PID控制器
• 3.3 模糊自整定PID控制器的设计
• 3.3.1 确定系统的输入输出变量
• 3.3.2 PID参数模糊调整规则
• 3.3.3 模糊推理及解模糊化
• 3.4 控制系统计算机仿真
• 3.4.1 仿真软件简介
• 3.4.2 系统模型建立与仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 液压胀形压力控制系统试验验证
• 4.1 引言
• 4.2 胀形压力控制系统试验方案
• 4.2.1 试验目的
• 4.2.2 样件设计
• 4.2.3 胀形工艺方案制定
• 4.3 汽车桥壳试验样件试制
• 4.3.1 硬件设备试验准备
• 4.3.2 控制系统软件实现
• 4.3.3 样件试制
• 4.4 试验结果及分析
• 4.4.1 压力阶跃输入响应试验结果
• 4.4.2 动态跟踪试验结果
• 4.4.3 试验结果分析及结论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介