【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(yīng)了全球制造業(yè)綠色加工的發(fā)展趨勢(shì),受到了越來(lái)越多的關(guān)注。粉末壓力成形機(jī)是完成粉末冶金零件模壓成形的基礎(chǔ)性設(shè)備,其壓制的機(jī)械零件近凈成形、廉價(jià)質(zhì)優(yōu),在機(jī)械制造、汽車(chē)、航空航天和國(guó)防軍工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展。粉末成形壓制工藝是用模沖對(duì)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(jī)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(qiáng)度的零件或待燒結(jié)壓坯。粉末壓制時(shí)能量密度高、粉體成形負(fù)載力大,施力機(jī)構(gòu)需具有很強(qiáng)的直線(xiàn)傳動(dòng)剛度,故粉末壓力成形設(shè)備多以電液系統(tǒng)作為其驅(qū)動(dòng)與控制的主要傳動(dòng)方式。在粉末成形壓制過(guò)程中,驅(qū)動(dòng)模沖運(yùn)動(dòng)的電液控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):1)系統(tǒng)受到粉末成形負(fù)載力強(qiáng)度高,并且是非線(xiàn)性時(shí)變的,同時(shí)因粉體特殊復(fù)雜的力學(xué)特性而難于建模;2)系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工藝目標(biāo)在同一壓制過(guò)程的不同階段分時(shí)完成高精度的運(yùn)動(dòng)控制與力控制;3)電液系統(tǒng)本身是一個(gè)具有模型不確定性的非線(xiàn)性系統(tǒng);4)對(duì)于實(shí)現(xiàn)多臺(tái)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(fù)載力是耦合的,它們的運(yùn)動(dòng)必須保證各臺(tái)階的過(guò)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(duì)于具備良好粉末模壓成形工藝適應(yīng)性的電液控制系統(tǒng)研究不僅具有學(xué)術(shù)價(jià)值,而且有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和必要性。本論文結(jié)合理論力學(xué),非線(xiàn)性控制理論,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和仿真分析等手段,以粉末冶金液壓機(jī)電液系統(tǒng)為研究對(duì)象,充分考慮系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,圍繞粉末壓制過(guò)程中復(fù)雜的粉體成形力學(xué)特性與相關(guān)控制技術(shù)展開(kāi)研究,提出了基于控制的粉體負(fù)載成形力建模技術(shù)以及相關(guān)的控制技術(shù),包括針對(duì)模沖運(yùn)動(dòng)的基于指令濾波的集成直接/間接自適應(yīng)魯棒控制方法(CF-ARC),針對(duì)模沖力控制的基于擾動(dòng)觀(guān)測(cè)器的魯棒控制方法(DOB-RC),基于CF-ARC與DOB-RC相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)-力復(fù)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(shí)驗(yàn),以上建模與相關(guān)控制技術(shù)的實(shí)際效果與性能均在粉末成形實(shí)驗(yàn)樣機(jī)平臺(tái)上得到了驗(yàn)證。同時(shí)開(kāi)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(kāi)發(fā)的粉末冶金液壓機(jī)得以應(yīng)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(shè)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(shè)備電液控制所特有的研究難題;繼而詳細(xì)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?jī)?nèi)容及研究意義。第二章,結(jié)合理論分析與實(shí)驗(yàn)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(duì)比分析了模型的正確性;設(shè)計(jì)了帶壓制力模型補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)單控制器,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型,該模型結(jié)合了本文所提粉末成形負(fù)載力模型;設(shè)計(jì)了用于模沖運(yùn)動(dòng)控制的基于指令濾波的集成直接/間接自適應(yīng)魯棒控制方法(CF-ARC),提出了模型參數(shù)的限制協(xié)同估計(jì)算法;設(shè)計(jì)了用于模沖力控制的基于擾動(dòng)觀(guān)測(cè)器的魯棒控制方法(DOB-RC);提出了絕對(duì)值最小原則將CF-ARC與DOB-RC結(jié)合為運(yùn)動(dòng)-力復(fù)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(shè)計(jì)了復(fù)合控制切入點(diǎn),提出了面向工藝的控制策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提運(yùn)動(dòng)-力復(fù)合控制方法控制精度高,具有良好的工藝適應(yīng)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(dòng)力學(xué)模型;通過(guò)規(guī)劃模沖的期望運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)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(dòng)能力;提出用等效簡(jiǎn)化壓制力估計(jì)的方法解耦模沖壓制力模型補(bǔ)償控制,系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為在各模沖子空間內(nèi)擴(kuò)展應(yīng)用所提運(yùn)動(dòng)-力復(fù)合控制方法,控制器與參數(shù)自適應(yīng)均可獨(dú)立設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)了壓制力模型參數(shù)的全局限制協(xié)同估計(jì)算法;對(duì)所提多模沖協(xié)同控制方法開(kāi)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)平臺(tái)上開(kāi)展了單臺(tái)階環(huán)形粉體零件的陰模浮動(dòng)壓制實(shí)例研究。實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn),在其控制下的粉末成形過(guò)程嚴(yán)格遵循一致壓制原則,適用于復(fù)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(diǎn);并對(duì)后續(xù)工作進(jìn)行了展望。論文的附錄介紹了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)平臺(tái)及模架的結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù),以及應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的粉末成形模塊化控制器開(kāi)發(fā)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TF124.3;TP273

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本文編號(hào)：2342333