基于組分快速檢測方法的型砂質(zhì)量直接優(yōu)化控制技術(shù)研究.pdf

1、型砂質(zhì)量控制一直是鑄造領(lǐng)域的重要研究課題。由于缺乏有效粘土含量的快速檢測方法,目前的濕型粘土砂質(zhì)量控制系統(tǒng)多采用由性能檢測到組分控制的間接控制模式。本文在型砂組分快速檢測方法的基礎(chǔ)上,研究了一種濕型粘土砂質(zhì)量直接控制技術(shù)。研究內(nèi)容主要包括濕型粘土砂導(dǎo)電特性與有效粘土含量和含水量關(guān)系的試驗(yàn)研究,型砂主要組分快速檢測方法測試電路參數(shù)的確定,求解型砂組分的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建,濕型砂質(zhì)量分布式控制系統(tǒng)的研制。研究結(jié)果表明,基于組分快速檢測

2、方法的由組分測試到組分控制的直接控制模式可以實(shí)現(xiàn)型砂質(zhì)量優(yōu)化控制。
　　 通過試驗(yàn)研究與理論分析,證明了濕型粘土砂的導(dǎo)電特性與其主要成分--有效粘土含量和含水量有確定的關(guān)系。提出了砂樣導(dǎo)電的RC串聯(lián)等效模型,并定性分析了電極形狀、外加激勵(lì)源的幅值、頻率、型砂組分等因素與砂樣的等效電阻Rs、等效電容Cd的非線性關(guān)系。砂樣電極采用嵌入樣筒內(nèi)壁的弧形電極,交流激勵(lì)源為頻率1kHz、峰值10V的正弦波,直流激勵(lì)源的電壓幅值為+9V。研究

3、了濕型砂緊實(shí)率與有效粘土含量、含水量及水土比的關(guān)系,并分析了回用砂中死粘土對緊實(shí)率的影響。
　　 研制了由自動(dòng)制樣機(jī)構(gòu)和測試下位機(jī)構(gòu)成的濕型砂組分及緊實(shí)率快速測試單元,可完成標(biāo)準(zhǔn)砂樣的制作和緊實(shí)率、導(dǎo)電參數(shù)的自動(dòng)測量。自動(dòng)制樣機(jī)構(gòu)采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng),壓力設(shè)定值為4.5×105pa,在制樣過程中同步進(jìn)行實(shí)砂壓力及壓頭位移的測量,由測試下位機(jī)自動(dòng)計(jì)算出砂樣緊實(shí)率。緊實(shí)率的測量范圍為:10～60％±1％。測試單元可在10秒鐘時(shí)間內(nèi)與上位

4、機(jī)配合完成有效粘土含量及含水量的快速求解。
　　 構(gòu)建了型砂有效粘土含量和含水量的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)求解模型。該網(wǎng)絡(luò)為三層結(jié)構(gòu)的BP網(wǎng)絡(luò),輸入節(jié)點(diǎn)為4個(gè),分別是濕型粘土砂交流導(dǎo)電能力、初始直流導(dǎo)電能力、直流導(dǎo)電能力變化率和緊實(shí)率；輸出節(jié)點(diǎn)為2個(gè),分別是型砂的有效粘土含量和含水量；網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)隱含層,隱含層節(jié)點(diǎn)為6個(gè)。為了克服原材料來源不穩(wěn)定對求解精度產(chǎn)生的影響,對BP算法進(jìn)行了改進(jìn)以提高網(wǎng)絡(luò)模型的泛化性能和魯棒性。有效粘土含量的求解

5、精度為±0.3％,含水量的求解精度為±0.2％。
　　 提出了基于組分快速在線測試方法的數(shù)字PID加料控制算法,對混砂機(jī)的加料量進(jìn)行控制。根據(jù)混砂試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了模糊規(guī)則表,采用模糊式參數(shù)自整定方法對PID參數(shù)進(jìn)行在線自整定。研制了混砂機(jī)加料控制單元,包括自動(dòng)加料機(jī)構(gòu)和加料控制下位機(jī),可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)加料及閉環(huán)聯(lián)網(wǎng)加料控制。自動(dòng)加料機(jī)構(gòu)由螺旋給料器、稱料單元、加水單元等部分組成。加料控制下位機(jī)完成加料控制算法的運(yùn)算。控制加料

6、機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成加料過程。
　　 構(gòu)建了由兩級計(jì)算機(jī)組成的分布式控制系統(tǒng)。上位機(jī)完成現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)顯示、存儲及分析,人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算以及系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置。下位機(jī)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作,完成標(biāo)準(zhǔn)砂樣制作、信息參數(shù)采集與上傳以及型砂組分的定量添加。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有在線故障自動(dòng)診斷與處理功能,對系統(tǒng)關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、分級管理,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性達(dá)到鑄造車間生產(chǎn)實(shí)際的要求。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明,本文研制的型砂質(zhì)量直接優(yōu)化控制