為了解決恒功率激光淬火過(guò)程中材料基體預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)、材料表面溫度不穩(wěn)定、容易發(fā)生邊界熔化等問(wèn)題,設(shè)計(jì)基于非線性參數(shù)整定方法的PI控制器。首先使用了一階慣性系統(tǒng)來(lái)描述激光淬火的溫度模型,接著通過(guò)階躍響應(yīng)法來(lái)辨識(shí)溫度系統(tǒng)的模型參數(shù),然后提出了非線性參數(shù)整定的PI控制算法。結(jié)果表明,這種控制方法能夠在控制過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PI參數(shù),并且能夠準(zhǔn)確控制激光作用區(qū)域的溫度。同時(shí),與傳統(tǒng)PI控制相比,通過(guò)這種控制方法可以得到相對(duì)更好的快速性以及更小的超調(diào)量。此外,該控制系統(tǒng)還具有一定的魯棒性,對(duì)于參數(shù)不斷變化的非線性溫度系統(tǒng)也能取得較好的控制效果。 

【文章來(lái)源】：應(yīng)用激光. 2020,40(01)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

激光強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的溫度響應(yīng)

使用六面八節(jié)點(diǎn)的SOLID70單元網(wǎng)格模型,實(shí)驗(yàn)所用材料為鋼軌鋼U71Mn。根據(jù)參考文獻(xiàn)[8],設(shè)定該材料的熱物性參數(shù)。單元尺寸取0.2 mm,通過(guò)APDL命令流循環(huán)加載實(shí)現(xiàn)移動(dòng)載荷的加載,載荷時(shí)間步長(zhǎng)為0.02 s。加載區(qū)域?yàn)? mm×20 mm的矩形區(qū)域。材料初始溫度為20 ℃,表面對(duì)流換熱系數(shù)為10 W/(m2·K)。進(jìn)行75次循環(huán)求解,求解得到的溫度場(chǎng)云圖如圖2所示。根據(jù)表1的結(jié)果調(diào)整有限元模型的參數(shù),使得不同工藝條件下有限元模型的溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際模型的測(cè)量溫度。記錄下所有載荷步中光斑區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的平均溫度,得到溫度時(shí)間圖像,如圖3所示。

根據(jù)表1的結(jié)果調(diào)整有限元模型的參數(shù),使得不同工藝條件下有限元模型的溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際模型的測(cè)量溫度。記錄下所有載荷步中光斑區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的平均溫度,得到溫度時(shí)間圖像,如圖3所示。通過(guò)分析有限元仿真結(jié)果可知,激光強(qiáng)化系統(tǒng)模型沒(méi)有滯后環(huán)節(jié)。在有限元模型階躍響應(yīng)的結(jié)果中選取模型達(dá)到穩(wěn)定溫度98.2%所需的時(shí)間,記為4倍的時(shí)間常數(shù)4T。與確定K(y)的方法相同,多次實(shí)驗(yàn)并記錄不同溫度狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)T,如表2所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于模糊控制的激光淬火控制算法研究[J]. 尚軍,李敏娟,徐宏偉.  應(yīng)用激光. 2015(01)
[2]激光熔覆加工中加工溫度自適應(yīng)控制研究[J]. 沈治.  機(jī)床與液壓. 2011(22)
[3]U71Mn重軌淬火溫度場(chǎng)及其影響因素研究[J]. 李公法,屈海端,楊金堂,尹強(qiáng),龍華,張小亮.  現(xiàn)代制造工程. 2010(11)
[4]基于數(shù)據(jù)庫(kù)和二維傳熱數(shù)值分析模型的激光表面強(qiáng)化專家系統(tǒng)[J]. 熊波,姚建華.  機(jī)電工程. 2003(03)
[5]位置伺服系統(tǒng)的一類非線性PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)[J]. 肖永利,張琛.  電氣自動(dòng)化. 2000(01)

碩士論文
[1]基于溫度控制的半導(dǎo)體直接輸出激光相變硬化研究[D]. 徐元飛.浙江工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3275516