基于计算机调压铸造的综合测试系统设计

论文摘要

为提高调压铸造技术的工艺精度，降低实验人员的劳动强度，提高生产效率，本文针对调压铸造控制系统开展了研究工作。 论文在调压铸造工艺流程以及技术要求的基础上，根据合作方要求的气路结构图，提出了采用计算机对TY-2型调压铸造系统进行控制的设计方案。整个系统由上位测试机和下位控制机组成，上位机负责数据的采集、显示，并发送控制命令给下位机；下位机根据上位机的指令对系统中的各执行元件进行控制。根据铸造过程的工作原理，设定了调压铸造过程的控制步骤。文中详细讨论了分布式计算机控制系统中上位测试计算机系统采用组念软件LabVIEW实现的上位机应用程序，包括压力传感器标定程序、曲线输入程序、数据采集程序、串行通讯程序等。通过调试，各个程序能够正常运行，实现所需要的功能。研究了软件方面采取的防止误操作的措施，保证系统运行的安全性与可靠性。文章还根据系统需要实现的功能进行了硬件结构的设计，介绍了上位测试机中各种板卡的选择，连接及测试方法，以及硬件方面的抗干扰措施。 论文通过机理分析方法确定了系统各个部分模型的结构，得到了广义被控对象的模型。利用系统辨识方法，设计了辨识的输入信号和相关的辨识方案，进一步确定了模型的参数。在原PID控制律的基础上，针对系统中输入压力有扰动及耦合的情况，作者利用现代控制理论的方法设计了基于状态空间的全状态反馈线性二次型控制器，从仿真结果来看，上下腔压力均可准确的跟踪期望压力，满足系统要求。由于该模型中的压力变化速率不能实测，采用了状态观测器，并构成了补偿机制，仿真表明这种方法能够满足系统的指标要求。 论文探讨了传感器故障检测及诊断的重要意义及方法，分析了调压铸造控制系统的主要故障形式，并在此基础上提出了容错控制的思路和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源、背景及研究意义
• 1.2 调压铸造控制系统的发展现状
• 1.3 计算机控制理论及其发展
• 1.4 作者承担的主要任务
• 1.5 本文的结构安排
• 第二章 系统总体结构分析及设计
• 2.1 概述
• 2.1.1 调压铸造工艺简介
• 2.1.2 TY-2型调压铸造控制系统的技术要求
• 2.2 TY-2型调压铸造控制过程
• 2.3 TY-2型调压铸造控制系统方案
• 第三章 上位机的软件设计与优化
• 3.1 LABVIEW语言介绍
• 3.2 上位机系统软件设计及优化
• 3.2.1 上位机系统软件的整体介绍
• 3.2.2 登陆确认模块的设计
• 3.2.3 压力传感器标定程序的设计
• 3.2.4 曲线输入程序的设计
• 3.2.5 工艺流程模块的设计
• 3.2.6 数据处理模块
• 3.2.7 故障报警程序的设计
• 3.2.8 控制面板模块的设计
• 3.2.9 串口通讯模块设计与实现
• 3.3 软件上采取的防止误操作措施
• 第四章 上位机硬件结构设计与实现
• 4.1 上位机的硬件结构设计
• 4.1.1 总体结构设计
• 4.1.2 硬件设备选型
• 4.2 数据采集板卡的连接及测试
• 4.2.1 模拟量采集板卡的连接与测试
• 4.2.2 状态量采集板卡的连接和测试
• 4.3 系统的硬件抗干扰措施
• 第五章 系统建模与控制方法研究
• 5.1 机理分析法建立模型
• 5.1.1 上压腔的数学模型
• 5.1.2 下压腔的数学模型
• 5.1.3 比例气动调节阀的数学模型
• 5.1.4 传感器的数学模型
• 5.1.5 广义被控对象的数学模型
• 5.2 模型辨识
• 5.2.1 被控对象模型的辨识方案
• 5.2.2 被控对象模型的辨识
• 5.3 系统的状态空间分析与设计
• 5.3.1 状态空间分析方法的基本理论
• 5.3.2 系统的设计
• 5.3.3 基于状态观测器的控制律设计
• 第六章 系统的故障检测诊断与容错控制理论研究
• 6.1 调压铸造系统的故障检测和诊断
• 6.1.1 故障检测和诊断
• 6.1.2 故障检测和诊断的主要方法
• 6.1.3 铸造过程中的故障形式
• 6.2 容错控制
• 6.2.1 容错控制方法
• 6.2.2 调压铸造系统的容错控制研究
• 结束语
• 参考文献
• 作者在硕士期间发表的论文
• 致谢