工程复合材料精密成形温度自适应模糊控制的研究

论文摘要

工程复合材料精密成形系统是采用蒸汽热压式(或)电阻传导热压式,即通过上下加热平板进行模压加热。它存在着不能对硫化温度进行有效的控制的问题,结果导致了工件在经过成形工艺后的承载能力、工作速度、摩擦因素、尺寸稳定性、表面粗糙度等关键技术性能指标很难达到理想效果。因此,温度的有效控制对于保证生产质量具有重大的现实意义和理论价值。本课题来源于自然科学基金项目(项目编号:60074022)。本文针对精密成形系统温度控制的特点,提出采用PID控制和自适应模糊控制相结合的方法,研究和开发了基于模糊规则参数自调整控制方法的温度控制器。在控制系统中,模糊控制规则是控制器的核心,模糊控制器的性能很大程度取决于模糊控制规则的确定及其可调整性。系统通过采样,根据获取的误差和误差变化率值在线调整模糊控制规则,然后经过计算,得到PID参数在该时刻的附加值,与初始值叠加,输出到控制对象,调整对象温度。它比传统的控制方法有更好的动静态性能,对于系统参数发生改变、控制参数选取不良以及环境状况的突变时,控制器仍能较快的自调整,具有较强的在线自适应能力。改造应用该控制器方便可靠,能提高并稳定产品质量。本论文开展的主要工作和研究内容如下:①探讨硫化成形特性及其影响因素,研究自适应模糊控制的理论与方法,提出系统改进方案。②利用MATLAB/Simulink软件对几种控制方法进行仿真研究,分析研究系统的性能指标。③利用MATLAB模糊工具箱,设计基于模糊规则参数自调整的自适应模糊PID控制器,并模拟精密成形硫化过程环境进行仿真,论证这种控制方法的优越性及可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪 论
• 1.1 本文研究的背景和意义
• 1.2 精密成形平板硫化机的现状及其发展趋势
• 1.2.1 平板硫化机的现状
• 1.2.2 平板硫化机发展趋势
• 1.3 模糊控制理论的产生及发展状况
• 1.3.1 采用模糊控制的原因
• 1.3.2 模糊控制理论的产生
• 1.3.3 模糊控制的应用概况
• 1.3.4 国内外模糊控制的发展情况
• 1.4 本文研究的目的和主要内容
• 2 精密成形系统结构与硫化工艺及控制性能
• 2.1 精密成形平板硫化机结构
• 2.2 硫化成形工艺
• 2.2.1 模压成形
• 2.2.2 硫化历程
• 2.2.3 理想的橡胶硫化曲线
• 2.3 硫化成形影响因素分析
• 2.3.1 硫化温度和硫化时间
• 2.3.2 硫化压力和硫化时间
• 2.4 被控对象特性
• 2.5 精密成形系统控制性能影响
• 2.5.1 温度控制性能影响
• 2.5.2 压力控制性能影响
• 2.5.3 时间控制性能影响
• 2.6 本章小结
• 3 自适应模糊控制
• 3.1 自适应模糊控制概述
• 3.2 自适应模糊控制
• 3.2.1 自适应模糊控制器的结构
• 3.2.2 自适应模糊控制器的原理
• 3.2.3 自适应模糊控制器的设计内容与步骤
• 3.3 自适应模糊控制的类型和特点
• 3.3.1 自适应模糊控制的类型
• 3.3.2 自适应模糊控制的特点
• 3.4 本章小结
• 4 精密成形系统温度控制策略研究
• 4.1 常规PID 控制方法实验
• 4.2 常规模糊控制方法实验
• 4.3 自调整形模糊控制方法实验
• 4.3.1 比例参数Ku 的自调整模糊控制
• 4.3.2 量化因子Ke 和Kec 自调整模糊控制
• 4.3.3 模糊规则参数自调整PID 自适应控制
• 4.4 本章小结
• 5 自适应模糊控制器在精密成形系统中的应用
• 5.1 精密成形系统电加热温度控制结构
• 5.2 基于MATLAB 自适应模糊控制器的设计
• 5.2.1 控制对象分析
• 5.2.2 控制器结构设计
• 5.2.3 PID 参数的求出
• 5.2.4 参数自调整流程
• 5.2.5 变量模糊化
• 5.2.6 建立模糊控制规则和模糊决策方法
• 5.3 基于MATLAB 的仿真实验结果与分析
• 5.3.1 基于MATLAB 的仿真实验结果
• 5.3.2 分析与结论
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录