智能铸砂发气性能试验机的研究与改进
|
摘要
铸造树脂砂等造型材料在铸件浇注及凝固过程中的发气性能,对铸件生产成败是相当重要的。在铸造行业,铸件产品的质量、废品率以及造型的成品率等技术指标无不与各种型砂的发气性能密切相关。因此,如何准确确定出铸砂等造型材料的发气性能是十分必要的。
本文首先介绍了铸砂发气性能试验机的总体设计方案和组成模块,对原有试验机的工作原理做了详细地分析,并在此基础上研究了试验机的具体改进方案,包括硬件与软件的改进。文中利用模糊控制原理对试验机恒温控制过程进行了分析与设计,利用Matlab的模糊控制工具箱对试验机温度模糊控制进行了仿真,仿真结果表明本文的控制方法具有更高的智能化程度,比传统的控制方法更加精确,同时本文利用Smith补偿器对系统的时间延迟进行了补偿,并提出了包括复合控制和模糊辨识方法的改进措施;最后本文研究了试验机温度模糊控制的虚拟仪器技术,利用LabVIEW8.2的PID工具包对上述设计进行了仿真和界面设计,验证了该设计的可行性。
The gas release performance of forming material, such as casting resin sand, in the process of casts pouring and solidification, which is very important for cast manufacture whether is good quality or bad. In foundry business, the technological index of cast products, such as quality, waste ratio, end product ratio and so on, which closely related to the gas release performance of various forming sand. Therefore, it’s essential that how to measure gas volume of forming material.
This paper firstly introduces overall design draft and composed modular of the intelligence foundry sand gas-forming property testing machine, and then analyzes the tester’s principle in the detail, and studies specific improvement scheme of the tester on the basis of previous analysis, including the improvement of hardware and software. The author design and analyze control process which make the tester hold constant temperature with fuzzy control principle in this paper, and establish a fuzzy control simulation environment with MATLAB fuzzy control box, the results indicated that this paper’s method is more intelligent and more precise comparison on the traditional control way. At the same time, the author compensate the time delay of system making use of Smith predict estimation device, and raise new improvement measurement including multiple control and fuzzy identification. Finally the author do research on the virtual instrument technology of tester temperature control, and make simulation and interface design with LabVIEW8.2 PID toolkits, which indicate that the design is practicable.
本文首先介绍了铸砂发气性能试验机的总体设计方案和组成模块,对原有试验机的工作原理做了详细地分析,并在此基础上研究了试验机的具体改进方案,包括硬件与软件的改进。文中利用模糊控制原理对试验机恒温控制过程进行了分析与设计,利用Matlab的模糊控制工具箱对试验机温度模糊控制进行了仿真,仿真结果表明本文的控制方法具有更高的智能化程度,比传统的控制方法更加精确,同时本文利用Smith补偿器对系统的时间延迟进行了补偿,并提出了包括复合控制和模糊辨识方法的改进措施;最后本文研究了试验机温度模糊控制的虚拟仪器技术,利用LabVIEW8.2的PID工具包对上述设计进行了仿真和界面设计,验证了该设计的可行性。
The gas release performance of forming material, such as casting resin sand, in the process of casts pouring and solidification, which is very important for cast manufacture whether is good quality or bad. In foundry business, the technological index of cast products, such as quality, waste ratio, end product ratio and so on, which closely related to the gas release performance of various forming sand. Therefore, it’s essential that how to measure gas volume of forming material.
This paper firstly introduces overall design draft and composed modular of the intelligence foundry sand gas-forming property testing machine, and then analyzes the tester’s principle in the detail, and studies specific improvement scheme of the tester on the basis of previous analysis, including the improvement of hardware and software. The author design and analyze control process which make the tester hold constant temperature with fuzzy control principle in this paper, and establish a fuzzy control simulation environment with MATLAB fuzzy control box, the results indicated that this paper’s method is more intelligent and more precise comparison on the traditional control way. At the same time, the author compensate the time delay of system making use of Smith predict estimation device, and raise new improvement measurement including multiple control and fuzzy identification. Finally the author do research on the virtual instrument technology of tester temperature control, and make simulation and interface design with LabVIEW8.2 PID toolkits, which indicate that the design is practicable.
引文
1余笃武,于震宗,黄天佑.造型材料发气性测试技术的研究.全国铸造测试仪器学术讨论会论文.1983:34～38
2 Harry W. Dirtert CO.样本No.682 Gas Pressure Tester.1999:78～85
3黄天佑,陈忠兴等.智能化气动型砂多功能测试的研制.铸造技术.1997,3:45～48.
4张明之,韩丙告.铸造词典.北京:中国农业机械出版社.1996:125～165
5 GF.Sand testing Equipment.样本Type PGD Gas Pressure Determinator.
6李维缇,郭强.液晶显示器件应用技术.北京:北京邮电学院出版社.1995:89～95
7朱培钺等译.铸造金属中的气体.北京:机械工业出版社,1984:52～58
8刘勤志译.〔匈牙利〕Л.ТотД.Нандори.合成粘结剂芯砂浇注时的发气性研究.造型材料.1987,3:248～254
9美国铸造师学会主编.造型材料试验手册.北京:机械工业出版社.1983:567～574
10邱永嘉主编.大学化学手册.济南:山东科学技术出版社.1985:267
11司乃潮.铁水中熔渣与皮下气孔的关系探讨.铸造技术.1997,4:124～128
12郭领军.球铁形成皮下气孔的因素分析及其防止措施.铸造技术.1991,4:37～42
13邵裕森.过程控制及仪表.上海:上海交通大学出版社.1998:75～79
14王建萍.注塑机智能温控系统的实现.测控技术.1996,15(6):167～172
15向婉成.过程控制调节装置.北京:机械工业出版社.1980:95～101
16刘伯春.智能控制仪表中PID调节器参数自整定.自动化仪表.1990,(7):8～12.
17徐创文.点阵式液晶显示器MGLS--10032B与8098单片机的接口及编程.电子技术,1997,7:25～31
18宋学平.铸砂发气性能实验机的研究:[硕士学位论文].长春:长春理工大学,1999
19程启明.8098单片机控制电阻炉温度系统.电测与仪表.1994,4:147～158
20金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社.1993:201～214
21余永全,李小青,陈林康.单片机应用系统的功率接口技术.1993,14(3):324～326.
22何立民.单片机应用系统设计-系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社.1992:86～89
23张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社.1995:75～84
24涂承宇,涂承媛,杨晓莱等.模糊控制理论与实践.北京:地震出版社,1998:244～250
25 J.E.Menting,R.B.Lembke“The Application of Computers to Sand Testing: Gas Evolution”,AFS Transactions,2001,24(3): 83～37,145～150.
26 H.G.Lvelink,F.P.Julien and H.C.DeMan,“Gas Evolution in Molds and Cores as the Cause of Casting Defects.”AFS International Cast Metals Journal.1981,6(1):56～63
27 W.D.Scott,C.E.Bates,“Decomposition of Resin Binders and the Relationship Between Gasses Formed and the Casting Surface Quality,”AFS Transactions,1975,83(6):519～524
28 W.D.Scott,P.A.Goodman and R.W.Monroe,“Gas Generation at the Mold-Metal Intrrface,”AFS Research Report,1978,42(12):65～76
29张化光,何希勤.模糊自适应控制理论及其应用.北京:北京航空航天大学出版社,2002:297～311
30陆宁,周伟.基于LabVIEW的智能PID控制器的设计.微机发展.2005,15(4):66～68
31 R.B.Miller,M.A.Oebser,“Measurement of Evolved Gas Resulting Form Closed-System Pyrolysis of Foundry Core Binders,”Thermochimica Acta,1980,36:133～139
32 H.W.Dietert,A.L.Graham , R.M.Praski. Gas Evolution in Foundry Materials - Its Source and Measurement. AFS Transactions. 1976,84:221～228
33谢祖锡,陈士梁.铸造型砂多项机械性能计算机检测系统的研究.铸造技术. 1995.5:78～81
34刘性红.低发气量覆膜砂在热芯盒制芯工艺中的应用.中国铸造装备与技术. 2001.4:201～206
35许会,谢祖锡,陈士梁.铸造型砂机械性能测试仪的研究.仪表技术与传感器. 1995.6:69～73
36刘汉武.侵入性气孔的形成原因及防止方法.铸造技术. 1998.3:175～179
37高明轩,白根发.铸件中气孔的形成及防止.机械管理开发.2004.4:101～105
38付兴武.新型智能发气性测定仪及电阻炉温度控制.微计算机信息.1997.3:68～71
39袁凤莲.Fuzzy自整定PID控制器设计及其MATLAB仿真.沈阳航空工业学院学报.2006,23(1):71～73
40张金焕.PID控制系统和模糊自适应PID控制系统的研究及比较.武汉理工大学学报.2005,27(5): 286～290
41王三武,董金发.基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计与仿真.机电工程技术.2006,35(2):67～70
42黄峰,汪岳峰,顾军等.模糊参数自整定PID控制器的设计与仿真研究.光学精密工程.2004,12(2):235～239
43杜辉.模糊自适应Smith预估器在温室控制中的应用研究.计算机仿真.2006,23(6):150～154
44王磊,陶梅.精通LabVIEW8.0.北京:电子工业出版社.2007:2～10,276～323
45范凯,傅志中,梁锋.LabVIEW平台下第三方硬件的DAQ系统实现方案.自动化仪表.2004,25(3):18～20
46左玉虎,徐金云,白清华等.C++Builder环境下PCL-818L数采卡的应用.机械工程与自动化.2006,2:129～131
47谢锡祺,杨立钦.自动控制理论基础(下册).北京:北京理工大学出版社,1992:215～254
48沈鸿.电机工程手册.北京:机械工业出版社.1982:158～164
2 Harry W. Dirtert CO.样本No.682 Gas Pressure Tester.1999:78～85
3黄天佑,陈忠兴等.智能化气动型砂多功能测试的研制.铸造技术.1997,3:45～48.
4张明之,韩丙告.铸造词典.北京:中国农业机械出版社.1996:125～165
5 GF.Sand testing Equipment.样本Type PGD Gas Pressure Determinator.
6李维缇,郭强.液晶显示器件应用技术.北京:北京邮电学院出版社.1995:89～95
7朱培钺等译.铸造金属中的气体.北京:机械工业出版社,1984:52～58
8刘勤志译.〔匈牙利〕Л.ТотД.Нандори.合成粘结剂芯砂浇注时的发气性研究.造型材料.1987,3:248～254
9美国铸造师学会主编.造型材料试验手册.北京:机械工业出版社.1983:567～574
10邱永嘉主编.大学化学手册.济南:山东科学技术出版社.1985:267
11司乃潮.铁水中熔渣与皮下气孔的关系探讨.铸造技术.1997,4:124～128
12郭领军.球铁形成皮下气孔的因素分析及其防止措施.铸造技术.1991,4:37～42
13邵裕森.过程控制及仪表.上海:上海交通大学出版社.1998:75～79
14王建萍.注塑机智能温控系统的实现.测控技术.1996,15(6):167～172
15向婉成.过程控制调节装置.北京:机械工业出版社.1980:95～101
16刘伯春.智能控制仪表中PID调节器参数自整定.自动化仪表.1990,(7):8～12.
17徐创文.点阵式液晶显示器MGLS--10032B与8098单片机的接口及编程.电子技术,1997,7:25～31
18宋学平.铸砂发气性能实验机的研究:[硕士学位论文].长春:长春理工大学,1999
19程启明.8098单片机控制电阻炉温度系统.电测与仪表.1994,4:147～158
20金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社.1993:201～214
21余永全,李小青,陈林康.单片机应用系统的功率接口技术.1993,14(3):324～326.
22何立民.单片机应用系统设计-系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社.1992:86～89
23张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社.1995:75～84
24涂承宇,涂承媛,杨晓莱等.模糊控制理论与实践.北京:地震出版社,1998:244～250
25 J.E.Menting,R.B.Lembke“The Application of Computers to Sand Testing: Gas Evolution”,AFS Transactions,2001,24(3): 83～37,145～150.
26 H.G.Lvelink,F.P.Julien and H.C.DeMan,“Gas Evolution in Molds and Cores as the Cause of Casting Defects.”AFS International Cast Metals Journal.1981,6(1):56～63
27 W.D.Scott,C.E.Bates,“Decomposition of Resin Binders and the Relationship Between Gasses Formed and the Casting Surface Quality,”AFS Transactions,1975,83(6):519～524
28 W.D.Scott,P.A.Goodman and R.W.Monroe,“Gas Generation at the Mold-Metal Intrrface,”AFS Research Report,1978,42(12):65～76
29张化光,何希勤.模糊自适应控制理论及其应用.北京:北京航空航天大学出版社,2002:297～311
30陆宁,周伟.基于LabVIEW的智能PID控制器的设计.微机发展.2005,15(4):66～68
31 R.B.Miller,M.A.Oebser,“Measurement of Evolved Gas Resulting Form Closed-System Pyrolysis of Foundry Core Binders,”Thermochimica Acta,1980,36:133～139
32 H.W.Dietert,A.L.Graham , R.M.Praski. Gas Evolution in Foundry Materials - Its Source and Measurement. AFS Transactions. 1976,84:221～228
33谢祖锡,陈士梁.铸造型砂多项机械性能计算机检测系统的研究.铸造技术. 1995.5:78～81
34刘性红.低发气量覆膜砂在热芯盒制芯工艺中的应用.中国铸造装备与技术. 2001.4:201～206
35许会,谢祖锡,陈士梁.铸造型砂机械性能测试仪的研究.仪表技术与传感器. 1995.6:69～73
36刘汉武.侵入性气孔的形成原因及防止方法.铸造技术. 1998.3:175～179
37高明轩,白根发.铸件中气孔的形成及防止.机械管理开发.2004.4:101～105
38付兴武.新型智能发气性测定仪及电阻炉温度控制.微计算机信息.1997.3:68～71
39袁凤莲.Fuzzy自整定PID控制器设计及其MATLAB仿真.沈阳航空工业学院学报.2006,23(1):71～73
40张金焕.PID控制系统和模糊自适应PID控制系统的研究及比较.武汉理工大学学报.2005,27(5): 286～290
41王三武,董金发.基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计与仿真.机电工程技术.2006,35(2):67～70
42黄峰,汪岳峰,顾军等.模糊参数自整定PID控制器的设计与仿真研究.光学精密工程.2004,12(2):235～239
43杜辉.模糊自适应Smith预估器在温室控制中的应用研究.计算机仿真.2006,23(6):150～154
44王磊,陶梅.精通LabVIEW8.0.北京:电子工业出版社.2007:2～10,276～323
45范凯,傅志中,梁锋.LabVIEW平台下第三方硬件的DAQ系统实现方案.自动化仪表.2004,25(3):18～20
46左玉虎,徐金云,白清华等.C++Builder环境下PCL-818L数采卡的应用.机械工程与自动化.2006,2:129～131
47谢锡祺,杨立钦.自动控制理论基础(下册).北京:北京理工大学出版社,1992:215～254
48沈鸿.电机工程手册.北京:机械工业出版社.1982:158～164