反重力铸造液面加压控制技术的研究

论文题目: 反重力铸造液面加压控制技术的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 柴艳

导师: 郝启堂

关键词: 反重力铸造,控制方案,算法,气路布局,控制软件

文献来源: 西北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 反重力铸造法是生产大型优质构件的理想方法,反重力铸造液面加压控制系统是反重力铸造设备的核心,是获得优质铸件的关键。本文针对目前反重力铸造控制系统与工艺结合不够紧密、功能单一的问题,对反重力铸造控制技术进行了研究,设计了多功能反重力铸造控制系统。本文首先对反重力铸造加压工艺进行了分析。从控制角度对充型和凝固过程进行了定义,确定了实现过程控制所需的入口工艺参数,剖析了关键参数对成形加压工艺和铸件质量的影响,研究了不同情况下的加压工艺,为反重力铸造成形过程控制的实现提供了基础。其次,对反重力铸造控制方案进行了研究。在分析反重力铸造过程控制对象数学模型的基础上,设计了PID控制器,并采用临界稳定法结合MATLAB仿真确定了PID参数。针对反重力铸造过程的滞后特性,分别采用大林算法和纯滞后补偿控制法对系统进行了设计,MATLAB仿真结果表明,两种方法均能显著提高系统的动态性能和稳定性。再次,对控制系统的气路布局进行了设计。在分析反重力铸造设备气路系统总体结构的基础上,分别设计了低压铸造、差压铸造和调压铸造的进气、调压和排气环节。研制出了响应时间仅有80毫秒的数字组合调节阀,提高了系统的响应速度。最后,设计了多功能反重力铸造控制系统。通过对PID算法进行模糊化处理,提高了熔体升液充型的线性度,减少了液面波动,提高了系统的控制精度。采用自行研制的数字组合阀设计了气路系统,该系统可实现低压铸造、差压铸造和调压铸造多种功能。采用DELPHI语言编写了具有良好人机界面、易于操作和维护的控制软件。生产实践表明,本文所研究的多功能反重力铸造控制系统具有操作方便、运行可靠、跟踪效果良好、控制精度高等优点,使用该系统生产的铸件具有良好的冶金质量。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1．1 选题意义

1．2 文献综述

1．2．1 反重力铸造的原理

1．2．2 反重力铸造的特点

1．2．3 反重力铸造浇注工艺

1．2．4 反重力铸造方法

1．2．5 反重力铸造设备主体

1．2．6 开合型装置的动力

1．2．7 液面加压控制系统

1．2．8 反重力铸造成形的数值模拟研究发

1．3 本文主要研究内容

第2章反重力铸造液面加压工艺的研究

2．1 过程控制的入口工艺参数

2．1．1 充型过程的定义

2．1．2 凝固过程的定义

2．1．3 同步压力和同步真空度

2．1．4 合金液密度和阻力系数

2．2 工艺参数对构件成形过程的影响

2．2．1 升液速度和升液压力

2．2．2 充型速度和充型压力

2．2．3 结壳时间

2．2．4 结壳增压压力和结壳增压速度

2．2．5 保压时间

2．2．6 结晶增压压力和结晶增压速度

2．2．7 熔体密度和阻力系数

2．3 反重力铸造加压工艺的研究影响

2．3．1 稳压结晶工艺液

2．3．2 缓慢增压工艺

2．3．3 急速增压工艺

2．4 本章小结

第3章反重力铸造控制系统方案的研究

3．1反重力铸造控制系统的原理及总体结构

3．2 被控对象及控制系统数学模型的建立

3．2．1 低压铸造生产对象的数学模型

3．2．2 差压及调压铸造生产对象的数学模型

3．2．3 反重力铸造系统的数学模型

3．3 信号的采集和处理

3．3．1 信号的采集

3．3．2 A/D和D/A转换

3．3．3 滤波

3．4 PID控制器的设计

3．4．1 模拟PID控制器的离散化

3．4．2 PID控制算法的改进

3．4．3 PID控制参数的确定

3．5对系统滞后特性的研究

3．5．1 大林(Dalin)算法

3．5．2 纯滞后补偿控制(史密斯预估校正)

3．6本章小结

第4章反重力铸造气路控制系统的设计

4．1气路控制系统的原理和结构

4．1．1 反重力铸造气路控制系统的组成

4．1．2 气源系统设计

4．1．3 过滤减压系统设计

4．1．4 进气系统和调压系统设计

4．1．5 排气系统设计

4．2 几种常用调节阀的性能

4．2．1 气动调节阀

4．2．2 电动调节阀

4．2．3 电气比例阀

4．2．4 数字阀

4．3 数字组合调节阀的研制

4．4 本章小结

第5章多功能反重力铸造控制系统的研制

5．1多功能反重力铸造控制系统的结构

5．1．1 多功能反重力铸造控制系统的结构

5．1．2 多功能反重力铸造控制系统的控制方案

5．2多功能反重力铸造控制系统的气路布局

5．3基于Delphi语言的控制软件设计与开发

5．3．1 软件的总体设计思路和流程图

5．3．2 软件的数据流向

5．3．3 软件的数据结构

5．3．4 PLC式的循检技术

5．4 本章小结

结束语

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

参考文献

发布时间: 2005-06-27

参考文献

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