超高压管材液压胀形设备关键技术研究

论文摘要

随着航空工业和汽车工业的不断发展，世界能源危机越来越严峻，为了节约日常运行中所需的能量和节约原材料费用，尽可能的减轻产品的质量是制造业不断追求的目标。在这种情况下以轻量化和结构一体化为特征的液压胀形技术（也称内高压成形）成为国内外胀形液压机的一个发展方向和研究热点。本文在分析了内高压成形工艺和内高压产品的失效模式的基础上，提出了内高压胀形压机液压系统的功能和设计要求。对内高压液压系统的关键点—侧缸位移控制和内高压胀形压力的形成和调节都分别提出三种实现方案。对三种方案进行了对比，分析了优缺点，选择了最优控制方案，在此基础上设计了内高压胀形压机的整套液压系统，并对关键元件作了选型和相关性能分析及参数设计。文中推导出了以阀控非对称液压缸和高频响比例阀为基础的阀控缸系统的数学模型。在此基础上对系统进行了详细的静、动态特性分析。为了提高侧缸系统的控制精度直接以提升内高压胀形压机产品的品质，文中分别采用了两种控制方式对侧缸液压系统作了仿真分析。第一种是通过经典的PID控制进行simulink模拟仿真，得到了有负载情况下双缸的同步控制误差；第二种是采用比较新颖的迭代学习控制方法，针对单缸位移控制和双缸同步控制的仿真模型，得到了在空载和有负载两种情况下单缸位移控制和双缸同步控制的误差曲线，控制效果好，完全满足系统设计的要求。从仿真结果上来看，采用迭代学习控制比单独的PID控制精度要高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 内高压成形技术简介
• 1.2.1 内高压成形技术原理
• 1.2.2 内高压成形的特点
• 1.2.3 内高压成形产品应用
• 1.3 国内外内高压成形设备研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 2 内高压胀形压机液压系统设计
• 2.1 内高压胀形液压机的组成
• 2.2 内高压成形失效机理
• 2.3 内高压机液压系统的控制要求
• 2.4 侧缸位置控制与内高压产生方案研究
• 2.4.1 侧缸位置控制方案
• 2.4.2 内高压发生与调节方案
• 2.5 液压系统设计
• 2.6 系统关键元器件的选型及其参数
• 2.6.1 高频响比例阀
• 2.6.2 伺服阀
• 2.7 本章小结
• 3 侧缸液压系统数学建模
• 3.1 阀控非对称缸数学模型的推导及建立
• 3.2 高频响比例阀的建模
• 3.3 检测反馈环节
• 3.4 系统建模
• 3.5 本章小结
• 4 侧缸液压系统动静态特性分析
• 4.1 系统的稳定性分析
• 4.1.1 侧缸单路位移控制稳定性判定
• 4.2 侧缸单路位移控制系统动态响应分析
• 4.3 单路位置控制误差分析
• 4.3.1 给定信号下的稳态误差
• 4.3.2 扰动作用下的稳态误差
• 4.3.3 单路位移控制的总误差
• 4.4 本章小结
• 5 侧缸液压系统位置控制和双缸同步控制研究
• 5.1 侧缸位置与双缸同步的 PID 控制
• 5.1.1 PID 控制原理[37]
• 5.1.2 侧缸位置控制的 PID 控制仿真
• 5.1.3 侧缸位置同步的 PID 控制仿真
• 5.2 迭代学习控制介绍
• 5.2.1 迭代学习控制原理
• 5.2.2 迭代学习的初值问题
• 5.2.3 开、闭环迭代学习控制算法
• 5.2.4 迭代学习的收敛性问题
• 5.2.5 学习速度
• 5.3 迭代学习的单缸位移控制仿真
• 5.4 双缸同步迭代学习控制仿真
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录