基于組分快速檢測方法的型砂質量直接優(yōu)化控制技術研究.pdf

1、型砂質量控制一直是鑄造領域的重要研究課題。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上,研究了一種濕型粘土砂質量直接控制技術。研究內容主要包括濕型粘土砂導電特性與有效粘土含量和含水量關系的試驗研究,型砂主要組分快速檢測方法測試電路參數的確定,求解型砂組分的人工神經元網絡模型的構建,濕型砂質量分布式控制系統(tǒng)的研制。研究結果表明,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現(xiàn)型砂質量優(yōu)化控制。
　　 通過試驗研究與理論分析,證明了濕型粘土砂的導電特性與其主要成分--有效粘土含量和含水量有確定的關系。提出了砂樣導電的RC串聯(lián)等效模型,并定性分析了電極形狀、外加激勵源的幅值、頻率、型砂組分等因素與砂樣的等效電阻Rs、等效電容Cd的非線性關系。砂樣電極采用嵌入樣筒內壁的弧形電極,交流激勵源為頻率1kHz、峰值10V的正弦波,直流激勵源的電壓幅值為+9V。研究

3、了濕型砂緊實率與有效粘土含量、含水量及水土比的關系,并分析了回用砂中死粘土對緊實率的影響。
　　 研制了由自動制樣機構和測試下位機構成的濕型砂組分及緊實率快速測試單元,可完成標準砂樣的制作和緊實率、導電參數的自動測量。自動制樣機構采用壓縮空氣驅動,壓力設定值為4.5×105pa,在制樣過程中同步進行實砂壓力及壓頭位移的測量,由測試下位機自動計算出砂樣緊實率。緊實率的測量范圍為:10～60％±1％。測試單元可在10秒鐘時間內與上位

4、機配合完成有效粘土含量及含水量的快速求解。
　　 構建了型砂有效粘土含量和含水量的人工神經元網絡求解模型。該網絡為三層結構的BP網絡,輸入節(jié)點為4個,分別是濕型粘土砂交流導電能力、初始直流導電能力、直流導電能力變化率和緊實率；輸出節(jié)點為2個,分別是型砂的有效粘土含量和含水量；網絡包含一個隱含層,隱含層節(jié)點為6個。為了克服原材料來源不穩(wěn)定對求解精度產生的影響,對BP算法進行了改進以提高網絡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字PID加料控制算法,對混砂機的加料量進行控制。根據混砂試驗的經驗數據建立了模糊規(guī)則表,采用模糊式參數自整定方法對PID參數進行在線自整定。研制了混砂機加料控制單元,包括自動加料機構和加料控制下位機,可實現(xiàn)手動、自動加料及閉環(huán)聯(lián)網加料控制。自動加料機構由螺旋給料器、稱料單元、加水單元等部分組成。加料控制下位機完成加料控制算法的運算?？刂萍恿?/p>

6、機構動作完成加料過程。
　　 構建了由兩級計算機組成的分布式控制系統(tǒng)。上位機完成現(xiàn)場測試數據的采集、實時顯示、存儲及分析,人工神經元網絡運算以及系統(tǒng)各項參數的設置。下位機控制機構動作,完成標準砂樣制作、信息參數采集與上傳以及型砂組分的定量添加。計算機系統(tǒng)具有在線故障自動診斷與處理功能,對系統(tǒng)關鍵部件的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、分級管理,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實用性達到鑄造車間生產實際的要求。試驗運行結果表明,本文研制的型砂質量直接優(yōu)化控制