定点倾转式电炉定量浇注系统研究与开发

论文摘要

铸造产业素来享有“工业之母”的称号,是关系国计民生的重要行业。浇注是铸造生产的关键工序,对于铸件的产量、质量起着决定性的影响。浇注过程控制的关键要素是金属熔液的浇注量和浇注平稳性。我国大部分工厂目前仍然采用手工操作浇包的工艺完成金属熔液的浇注,靠人工经验完成的浇注,很难精确控制浇注要素,影响了浇注质量及生产效率。为此需开发多种自动化浇注设备,而浇注设备自动化水平在很大程度上取决于设备的定量浇注控制系统。为此,开发自动化的定量浇注设备很有必要。常规倾转式浇注机为了实现自动定量浇注必须同时控制三个方向的运动,结构复杂,控制困难,至今未见到成功的应用实例。同样实现定量浇注,定点倾转式电炉只需要控制电炉的转角一个自由度,从而使得定点倾转式电炉定量浇注成为可能。论文以定点倾转式电炉为研究对象,查阅了大量国内外相关资料,分析了目前国内外倾转式定量浇注机的应用现状,设计了基于控制浇注平稳性的角位移控制系统和控制浇注量的重量控制系统,完成了定点倾转式电炉定量浇注系统的开发。在定点倾转式电炉定量浇注的液压控制系统中,由于电液比例控制原理简单、抗污染能力强、价格适中,控制精度可满足大多数工业要求,所以本论文采用电液比例换向阀做为控制主阀。论文设计了阀控缸角位移控制系统,控制电炉的倾转角度,再结合角位移传感器和重量传感器的反馈与比例阀形成的闭合回路,以达到定量控制的目的。这从传动和控制的角度都是一种新的尝试,对于液压控制系统的理论和实际应用都有相当大的价值。论文根据非对称缸在两种进油状态下控制参数及性能不同,分别建立了两种进油状态下的阀控非对称缸定量控制系统数学模型。通过把炉体倾转角度控制和阀控缸模型的控制参数有机的结合起来,完成角位移控制子系统和重量控制子系统的数学建模。最后结合两个控制子系统模型,就可得到定量控制系统模型。该模型有一定的理论价值。论文运用控制理论的原理对定量控制系统的特性做了深入的分析,推导了主要参数设计计算公式,建立了主要性能指标的参数化表达式。通过对系统的校正使系统具有了足够的稳定裕度储备。论文最后利用MATLAB程序和SUMLINK工具对系统的主要性能进行了仿真及初步估算。通过对PID控制器参数的试凑整定及在线整定确定了PID控制的最佳参数组合,提高了系统的动态性能。仿真结果充分说明了定点倾转式电炉定量浇注系统具有较高的定量控制精度,良好的动态特性,满足预期的设计要求。.论文所做的工作,具有较大的理论价值及广阔的工业应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外浇注机的发展概况
• 1.2.1 倾转式浇注机的简介
• 1.3 国内外定量浇注系统的研究与应用现状
• 1.4 论文的选题意义与主要研究内容
• 1.4.1 论文选题的目的及现实意义
• 1.4.2 论文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 定点倾转式电炉定量浇注系统设计研究
• 2.1 定点倾转式电炉浇注设备的简介
• 2.1.1 定点倾转式电炉
• 2.1.2 定点倾转式电炉的驱动方式
• 2.2 定量浇注常用的控制方法
• 2.3 定点倾转式电炉的定量浇注
• 2.4 本章小结
• 第三章 电液比例液压控制系统设计
• 3.1 系统主控阀的选型
• 3.2 电液比例控制技术概况
• 3.3 定量液压控制系统的设计
• 3.3.1 对液压控制系统的要求
• 3.3.2 液压系统子回路的设计
• 3.3.3 液压系统原理图的拟定及工作原理
• 3.4 油缸主参数计算及液压系统元器件选择计算
• 3.4.1 液压缸载荷力的估算
• 3.4.2 液压缸行程的确定
• 3.4.3 液压缸主参数计算
• 3.4.4 系统元器件选择计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统数学建模研究
• 4.1 电液比例定量控制系统
• 4.2 电液比例方向节流阀数学建模
• 4.2.1 比例电磁铁数学模型
• 4.2.2 先导滑阀数学模型
• 4.2.3 主滑阀数学模型
• 4.2.4 电液比例方向节流阀建模
• 4.3 阀控非对称液压缸数学模型
• 4.3.1 无杆腔进油数学模型
• 4.3.2 有杆腔进油数学模型
• 4.4 角位移控制子系统数学模型建立
• 4.4.1 定点倾转式电炉驱动机构分析
• 4.4.2 炉体运动学数学模型
• 4.4.3 炉体驱动机构运动学数学模型
• 4.4.4 角位移传感器数学模型
• 4.4.5 无杆腔进油角位移控制子系统数学模型
• 4.4.6 有杆腔进油角位移控制子系统数学模型
• 4.5 定点倾转式电炉定量浇注控制系统数学模型
• 4.5.1 倾转角度θ与浇注量W的数学模型
• 4.5.2 重量传感器数学模型
• 4.5.3 无杆腔进油定量控制系统数学模型
• 4.5.4 有杆腔进油定量控制系统数学模型
• 4.6 本章小结
• 第五章 定量控制系统特性分析
• 5.1 系统稳定性分析
• 5.1.1 无杆腔进油稳定性分析
• 5.1.2 有杆腔进油稳定性分析
• 5.2 系统稳态定量误差分析
• 5.2.1 无杆腔进油稳态定量误差分析
• 5.2.2 定量稳态误差的研究
• 5.3 系统参数设计计算
• 5.3.1 比例阀总放大系数设计
• 5.3.2 校正环节设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统参数设计及性能指标计算
• 6.1 系统参数设置及计算
• 6.1.1 系统参数设置
• 6.1.2 传感器系数的确定
• 6.1.3 求取比例阀系数
• 6.1.4 容积系数的计算
• 6.2 比例换向阀总放大系统K值计算
• 6.2.1 按稳定性要求计算
• 6.2.2 按定量稳态误差要求计算
• 6.3 本章小结
• 第七章 系统的数字仿真及校正研究
• 7.1 数字仿真的概述
• 7.1.1 数字仿真简介
• 7.1.2 仿真环境简介
• 7.2 系统频率特性仿真分析
• 7.2.1 开环频率特性分析
• 7.2.2 相位滞后校正设计
• 7.2.3 开环频率特性分析
• 7.3 PID校正
• 7.3.1 PID校正简介
• 7.3.2 PID参数的整定及数字仿真
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论与研究成果
• 8.2 研究与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文