【摘要】：基于資源節(jié)約和環(huán)境友好的粉末冶金技術(shù)順應了全球制造業(yè)綠色加工的發(fā)展趨勢,受到了越來越多的關(guān)注。粉末壓力成形機是完成粉末冶金零件模壓成形的基礎(chǔ)性設備,其壓制的機械零件近凈成形、廉價質(zhì)優(yōu),在機械制造、汽車、航空航天和國防軍工等領(lǐng)域得到了廣泛應用和飛速發(fā)展。粉末成形壓制工藝是用模沖對封閉模腔內(nèi)的粉體施加壓力,致使粉體變形、粉體之間不斷機械嚙合,最終固結(jié)為具有一定尺寸、形狀以及一定密度和強度的零件或待燒結(jié)壓坯。粉末壓制時能量密度高、粉體成形負載力大,施力機構(gòu)需具有很強的直線傳動剛度,故粉末壓力成形設備多以電液系統(tǒng)作為其驅(qū)動與控制的主要傳動方式。在粉末成形壓制過程中,驅(qū)動模沖運動的電液控制系統(tǒng)具有以下特點:1)系統(tǒng)受到粉末成形負載力強度高,并且是非線性時變的,同時因粉體特殊復雜的力學特性而難于建模;2)系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工藝目標在同一壓制過程的不同階段分時完成高精度的運動控制與力控制;3)電液系統(tǒng)本身是一個具有模型不確定性的非線性系統(tǒng);4)對于實現(xiàn)多臺階粉末零件成形工藝的多模沖系統(tǒng),各模沖受到的粉末成形負載力是耦合的,它們的運動必須保證各臺階的過程壓縮量遵循裝填系數(shù)、壓縮比、壓制速率一致的原則。綜上,對于具備良好粉末模壓成形工藝適應性的電液控制系統(tǒng)研究不僅具有學術(shù)價值,而且有著重要的現(xiàn)實意義和必要性。本論文結(jié)合理論力學,非線性控制理論,通過實驗研究和仿真分析等手段,以粉末冶金液壓機電液系統(tǒng)為研究對象,充分考慮系統(tǒng)的動力學特性,圍繞粉末壓制過程中復雜的粉體成形力學特性與相關(guān)控制技術(shù)展開研究,提出了基于控制的粉體負載成形力建模技術(shù)以及相關(guān)的控制技術(shù),包括針對模沖運動的基于指令濾波的集成直接/間接自適應魯棒控制方法(CF-ARC),針對模沖力控制的基于擾動觀測器的魯棒控制方法(DOB-RC),基于CF-ARC與DOB-RC相結(jié)合的運動-力復合控制方法,以及基于軌跡規(guī)劃的多模沖協(xié)同控制方法。結(jié)合鐵基粉末壓坯成形工藝實驗,以上建模與相關(guān)控制技術(shù)的實際效果與性能均在粉末成形實驗樣機平臺上得到了驗證。同時開發(fā)了適于工業(yè)生產(chǎn)的多模沖協(xié)調(diào)控制的粉末成形模塊化智能控制器,并在南通鍛壓有限公司開發(fā)的粉末冶金液壓機得以應用。本論文共分為六章,各章摘要如下:第一章,闡述了粉末模壓成型設備電液控制關(guān)鍵技術(shù)的研究背景,總結(jié)歸納出粉末成形設備電液控制所特有的研究難題;繼而詳細介紹了所涉及的關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀;論述了本課題的研究內(nèi)容及研究意義。第二章,結(jié)合理論分析與實驗數(shù)據(jù)提出了粉末壓制成形力關(guān)于壓縮位移的模型結(jié)構(gòu);總結(jié)了模型參數(shù)的擬合、名義參數(shù)的尋優(yōu)以及參數(shù)不確定變化范圍界定的方法;提出了根據(jù)所提模型校核壓制速率的方法對比分析了模型的正確性;設計了帶壓制力模型補償?shù)暮唵慰刂破?并通過實驗驗證了所提模型的有效性。第三章,建立了模沖電液系統(tǒng)的非線性動力學模型,該模型結(jié)合了本文所提粉末成形負載力模型;設計了用于模沖運動控制的基于指令濾波的集成直接/間接自適應魯棒控制方法(CF-ARC),提出了模型參數(shù)的限制協(xié)同估計算法;設計了用于模沖力控制的基于擾動觀測器的魯棒控制方法(DOB-RC);提出了絕對值最小原則將CF-ARC與DOB-RC結(jié)合為運動-力復合控制方法,該方法確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制切換的平滑性;從控制精度與工藝要求出發(fā)設計了復合控制切入點,提出了面向工藝的控制策略。實驗結(jié)果表明,所提運動-力復合控制方法控制精度高,具有良好的工藝適應性。第四章,采用劃分狀態(tài)子空間的方法建立多模沖電液系統(tǒng)的動力學模型;通過規(guī)劃模沖的期望運動軌跡實現(xiàn)多模沖的協(xié)同控制,所規(guī)劃軌跡遵循裝填系數(shù)、壓縮比、壓制速率一致與平滑連續(xù)原則并考慮了模沖電液系統(tǒng)的驅(qū)動能力;提出用等效簡化壓制力估計的方法解耦模沖壓制力模型補償控制,系統(tǒng)控制設計簡化為在各模沖子空間內(nèi)擴展應用所提運動-力復合控制方法,控制器與參數(shù)自適應均可獨立設計;設計了壓制力模型參數(shù)的全局限制協(xié)同估計算法;對所提多模沖協(xié)同控制方法開展了仿真研究。第五章,基于第四章提出的多模沖協(xié)同控制方法,在粉末冶金實驗樣機平臺上開展了單臺階環(huán)形粉體零件的陰模浮動壓制實例研究。實驗結(jié)果與所得零件樣品參數(shù)表明,所提多模沖協(xié)同控制方法易于實現(xiàn),在其控制下的粉末成形過程嚴格遵循一致壓制原則,適用于復雜且精度較高的粉末壓制工藝。第六章,總結(jié)了論文主要研究工作內(nèi)容;闡述了研究結(jié)論;歸納了論文創(chuàng)新點;并對后續(xù)工作進行了展望。論文的附錄介紹了實驗樣機平臺及模架的結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù),以及應用于工業(yè)生產(chǎn)的粉末成形模塊化控制器開發(fā)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TF124.3;TP273

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本文編號：2342333