粉末高温合金盘件等温成形过程PID控制

2012-07-1
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天津大学机械工程学院
西北工业大学材料学院
刘玉红 万淑敏
李付国
[ 摘要] 对 FGH96 合金涡轮盘件等温 锻 造 过 程
的控制进行了设计与仿真。采用 PID 控制, 通过迭代学
习算法, 在 SIMULINK 下实现了 PID 控制仿真。应用于
实际生产控制时, 将对微观不可控参数的控制转化为
对宏观可控参数的控制, 并根据成形过程的不同阶段
特征调整控制量, 提高了生产效率和锻件质量。
重新学习, 因而属于“死记硬背”式的学习。显然, 这种
控制方式对受随机因素影响的粉末高温合金涡轮盘件
的等温成形过程控制并不适用。因此, 本文将对 u( t) 的
记忆和修正改成对期望控制 u
d
( t) 的记忆和修正, 实现
了 FGH96 合金盘件的等温成形过程的闭环 PID 控制,
为提高生产效率和锻件质量及成品率提供了保障。

关 键 词 :
PID 控制
粉 末 高 温 合 金 涡 轮 盘 等 温 成 形
1 PID控制器

图 1 为 PID 控制原理图, 系统由模拟 PID 控制器
和被控对象组成。PID 根据给定的输入值 r( t) 和实际
输出值 y( t) 构成控制偏差:
e( t) =r( t) - y( t) ,
[ABSTRACT] The control in isothermal forging
process for FGH96 alloy turbine disk is designed and
simulated. By using PID control, through the iterative
learning algorithm, the PID control simulation is realized
by using SIMULINK. In the practical application, control
of the microscopic uncontrolled parameters are trans-
formed to one of the macroscopic controlled parameters.
The controlled variables can be adjusted according to
different stage features in forming process and productiv-
ity and forging quality are improved.
Keywor ds: Powder Super alloy
Isother mal for ming PID contr ol
Tur bine disk
粉末高温合金由于具有屈服强度高、疲劳性能好
以及耐高温等优异性能, 因而受到特别青睐, 成为航空
发动机涡轮盘的首选材料
[1~5]
。但粉末高温合金制造成
本很高, 变形抗力大, 变形时对热力参数敏感, 对设备
要求高, 如果控制不当, 极易引起模具以及设备的损
坏, 降低成品率。因此, 有必要对粉末高温合金盘件的
将偏差的比例( P) 、积分( I) 和微分( D) 通过线性组合构
成控制量, 对被控对象进行控制。其控制律为:
u
k
( t) =K
p
"
e( t) +
T

#
,

t
1
!
0
e( x) dx+T
d
de( t)
dt
i
式中, u ( t) 表示第 k 次运行时的输出值; e 表示误差函
k
数; K 为比例系数; T 、T 分别为积分时间常数和微分
i d
p 时间常数。
其拉普拉斯变换为:
成形工艺以及成形过程控制进行精确的设计,
锻件质量和成品率, 减少各种浪费。
以确保
由于 PID 控制
[6~7]
具有直观、实现简单和鲁棒性好
等优点, 因而在工业控制中应用最为广泛。PID 控制一
E( s)
U( s) =K
p
E( s) +Ki +K
d
sE( s) ,

s
般都采用迭代学习控制算法, 但是现有的迭代学习控
式中, E( s) 表示 e( t) 的拉普拉斯变换; s 为拉普拉斯算
制只能用于某种特定的轨迹跟踪问题, 学习的结果是
记忆下控制过程 u( t) , 一旦要求改变输出轨迹就必须
子; K =K /T
i
为积分系数 ; K =K T
d
为微分系数 。
i p d p
采用动态响应法
[8]
对 K 、K 、K
d
进行参数整定 。整
p i
定过程为: 当控制系统被简化为一阶惯性系统时, 其传
* 航 空 基 础 科 学 基 金
( 03H53048) , 天 津 大 学 青 年 教 师 基 金
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51
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