基于DMC-模糊PID的模拟等温挤压控制系统研究

摘要

等温挤压工艺，即保持坯料经过出模口时温度恒定，可使坯料纵向组织结构和机械特性均匀，可改善产品质量并提高生产效率。根据坯料温度、机械特性、尺寸等参数设计一条挤压速度曲线，采用控制挤压速度的方法，使实际挤压速度按此速度曲线执行，可以达到近似等温挤压的效果，这就是模拟等温挤压。
　　本文分析了基于“水控水”的挤压机液压系统控制方式的缺点，采用了基于“油控水”的控制方式;在这一液压系统中，根据液压系统工作原理分别推导了节流阀驱动系统和动梁驱动系统的数学模型，并根据实际情况对非线性环节进行了线性化处理;然后介绍了模拟等温挤压给定速度曲线的一般计算方法;最后建立了液压系统的开环传递函数，用MATLAB进行了系统稳定性分析。
　　挤压机系统建模存在不确定性，系统具有时滞、非线性特性，还会受到各种扰动的影响，传统PID控制方法是基于精确模型的控制，难以适应挤压机控制系统。并且为了提高对给定挤压速度曲线的跟踪精度和系统抗干扰能力，本文分析了节流阀比例油缸中发生压力脉动的原因，设计了模糊PID控制节流阀阀口开度，动态矩阵控制(DMC)控制挤压速度的双闭环串级控制系统，并从系统跟踪精度和抗干扰两个方面与传统PID和单层DMC控制做了仿真比较，最后本文采用西门子S7-300PLC作为主控制器，使用STEP7软件实现了控制算法。仿真及实验结果表明，DMC-模糊PID串级控制系统不仅提高了挤压机系统的抗干扰能力，而且保证了对给定挤压速度曲线跟踪的精确度，是一种适合于挤压机系统的控制方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 金属挤压加工技术及发展现状

1．1．1 金属挤压加工技术

1．1．2 金属挤压技术的发展现状

1．2 等温挤压技术的发展与趋势

1．2．1 等温挤压技术

1．2．2 等温挤压技术的实现方法

1．2．3 挤压速度控制方法的研究现状

1．2．4 等温挤压技术的应用

1．3 本文主要工作

2 液压控制系统建模

2．1 节流阀驱动系统数学模型

2．1．1 电液比例阀数学模型

2．1．2 节流阀数学模型

2．2 动梁驱动系统数学模型

2．3 液压控制系统稳定性分析

2．4 模拟等温挤压速度曲线

2．5 小结

3 模拟等温挤压串级控制方法设计

3．1 动态矩阵控制(DMC)

3．1．1 DMC控制器原理

3．1．2 DMC控制器参数设计

3．2 串级DMC控制

3．2．1 Mamdani型模糊控制原理

3．2．2 模糊PID控制器设计

3．3 小结

4 模拟等温挤压控制系统仿真研究

4．1 系统跟踪精度仿真研究

4．1．1 常规PID控制的系统仿真

4．1．2 DMC控制的系统仿真

4．2 系统抗干扰性仿真研究

4．2．1 单层DMC控制器下系统抗干扰性仿真

4．2．2 DMC-PID串级控制器下系统抗干扰性仿真

4．2．3 DMC-模糊PID串级控制器下系统抗干扰性仿真

4．3 小结

5 实验及分析

5．1 SIMATIC S7-300PLC实验平台

5．2 系统跟踪精度实验

5．3 系统抗干扰性实验

5．4 DMC-模糊PID串级控制系统模拟等温挤压实验

5．5 小结

6 总结及展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

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