无头连续轧制移动式闪光焊机智能化控制的研究

论文摘要

无头轧制是一个集冶金、机械、电气、液压、材料、焊接、计算机控制等多技术相互交融的复杂系统,其运用焊接方法,把钢坯头与尾焊接在一起,连续不断地把钢坯送进轧机进行连续轧制。无头轧制技术的难点是钢坯的连接技术问题,即要在非常短的时间内将高速运动的钢坯连接起来。对于大截面钢材的焊接,通常可以采用电磁感应焊、激光焊和闪光对焊等。目前国外多采用闪光对焊技术来实现钢坯的连接。本文针对无头轧制技术的要求,对移动式闪光焊机的关键技术—液压系统精确控制,大功率主电路设计以及焊机行走系统的同步控制进行了深入的研究。液压系统精确控制是无头轧制闪光焊机的关键技术之一,考虑到在焊接的闪光阶段,为保证焊接的顺利进行,动夹具的送进速度必须等于闪光烧化速度,提出了参数自调节模糊—单神经元网络控制方法,该方法采用模糊技术对单神经元学习速率进行动态调整,在线调整控制器的学习速率,将模糊控制和单神经元控制并行结合,发挥两种智能控制方法的优势,实现顶锻液压系统的高精度位置跟踪。在闪光焊接的顶锻阶段,顶锻液压缸的输出力尽可能保持一致且同时达到最大,针对存在机械耦合的液压并联同步加载系统,采用二级模糊自调整PID控制策略,第一级模糊PID控制应用于基准通道,第二级模糊PID控制应用于同步通道,实时地调整PID参数以达到系统的同步运动。仿真结果表明该控制方法能有效减少两个系统的压力动态同步误差。闪光焊机的电源系统具有多变量、强耦合、非线性和时变性的特点,很难建立其精确的数学模型,本文在Simulink环境下对闪光焊机的电源整体（包括“功率变换器-数字控制系统-动态电阻负载”）进行了建模和仿真研究,建立基于Simulink功率模块的具有非线性特征的主电路模型以及动态电阻负载模型。研究表明,所建模型能够真实的模拟闪光焊接的动态过程,为闪光焊机电源系统的可靠控制提供了理论依据。闪光焊机行走过程中存在静摩擦、库伦摩擦及粘性阻尼,其行走同步系统是一个典型的大惯性、非线性系统。针对闪光焊机行走同步控制,建立了行走同步控制系统的数学模型,制定了基于遗传算法和BP神经网络PID控制策略,该策略运用遗传算法优化BP网络的初始连接权系数,得到一组接近最佳的BP网络初始权值的参数组合,再通过BP算法改变网络权值,实现PID参数的在线调整,实现了焊机与轧制坯的同步跟踪,有效改善了焊机的动态跟踪性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 本论文的研究背景
• §1-2 无头轧制技术与钢坯闪光对焊技术
• 1-2-1 无头轧制系统组成
• 1-2-2 无头轧制过程中钢坯的焊接技术
• 1-2-3 无头轧制工艺过程分析
• 1-2-4 闪光对焊原理
• 1-2-5 钢坯闪光焊机的发展与现状
• §1-3 无头轧制技术中闪光焊机关键技术分析
• 1-3-1 闪光焊机液压控制系统
• 1-3-2 闪光焊机电源供电系统
• 1-3-3 闪光焊机行走同步系统
• §1-4 本论文主要研究内容
• 第二章 无头轧制技术闪光焊机系统
• §2-1 闪光焊机系统概述
• §2-2 闪光焊机机械系统
• 2-2-1 夹紧系统
• 2-2-2 顶锻系统
• 2-2-3 去瘤装置
• 2-2-4 机架与导轨
• §2-3 闪光焊机电源系统
• 2-3-1 闪光焊机电源的特点
• 2-3-2 闪光焊机电源主电路的基本结构
• 2-3-3 无头轧制技术闪光焊机电源主电路的结构
• §2-4 闪光焊机行走同步控制系统
• §2-5 本章小结
• 第三章 无头轧制闪光焊机液压伺服神经网络模糊控制系统
• §3-1 钢坯闪光对焊工艺过程
• 3-1-1 闪光对焊接头形成过程特点
• 3-1-2 闪光过程自调节效应
• 3-1-3 闪光对焊工艺参数
• §3-2 闪光焊机液压系统概述
• 3-2-1 闪光焊机液压源回路系统
• 3-2-2 闪光焊机夹紧液压系统
• 3-2-3 闪光焊机顶锻液压系统
• §3-3 无头轧制技术钢坯闪光焊接液压系统模型建立与动态分析
• 3-3-1 液压系统理论建模
• 3-3-2 焊接过程动态分析与系统校正
• §3-4 闪光阶段单神经元网络模糊控制模型及仿真
• 3-4-1 模糊控制算法
• 3-4-2 自适应单神经元网络模糊控制算法及模型
• 3-4-3 闪光阶段控制策略的仿真及分析
• §3-5 顶锻阶段Ⅱ级模糊PID同步控制模型及仿真
• 3-5-1 同步控制策略
• 3-5-2 Ⅱ级模糊PID控制器设计
• 3-5-3 顶锻阶段控制策略的仿真及分析
• §3-6 本章小结
• 第四章 无头轧制技术闪光焊机电源系统模型的建立与仿真
• §4-1 无头轧制技术闪光焊机电源系统主电路的Simulink模型
• 4-1-1 无头轧制技术闪光焊机电源系统
• 4-1-2 主电路的Simulink模型
• §4-2 离散PI控制器的Simulink模型
• 4-2-1 PI控制规律离散化
• 4-2-2 离散PI控制器的Simulink模型
• §4-3 动态电阻负载模型
• 4-3-1 动态电阻负载物理意义
• 4-3-2 动态电阻负载Simulink模型及仿真
• 4-3-3 动态负载模型与电源系统的连接
• 4-3-4 同步脉冲触发器
• §4-4 无头轧制技术闪光焊机电源系统Simulink模型
• 4-4-1 主电路工作原理
• 4-4-2 主电路关键元件参数计算
• §4-5 无头轧制技术闪光焊机电源系统仿真分析
• §4-6 本章小结
• 第五章 无头轧制技术闪光焊机行走系统同步跟踪控制
• §5-1 无头轧制技术闪光焊机行走同步系统
• 5-1-1 无头轧制技术闪光焊机行走系统运动分析
• 5-1-2 无头轧制技术闪光焊机行走系统变频调速
• §5-2 无头轧制技术闪光焊机传动系统数学模型
• §5-3 神经网络PID控制策略
• 5-3-1 单神经元的PID控制算法
• 5-3-2 BP神经网络在线调整PID参数控制算法
• 5-3-3 CMAC神经网络与PID的并行控制算法
• 5-3-4 遗传算法的BP神经网络PID控制策略
• §5-4 遗传算法BP神经网络PID控制的闪光焊机移动控制策略及仿真分析
• §5-5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• §6-1 论文总结与创新点
• §6-2 进一步研究内容
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间所取得的相关科研成果