[发明专利]一种压装药精密成型过程非线性负载力控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种压装药精密成型过程非线性负载力控制方法及系统，属于火工品压装成型相关技术领域。本发明通过在压装药成型装置电液位置伺服系统的控制方框图的基础上，将负载力信号引入补偿器，通过非线性对消非线性逆向解算补偿器的传递函数，再将补偿器的输出施加到比例阀的控制输入端，通过对消机制将系统非线性负载力对系统的影响进行抑制，使系统成为解耦线性系统，减小了散粒体压制成型过程中非线性负载力引起的速度抖变，抑制了保压阶段由于散粒体蠕变特性引起的压制力衰落振荡现象，提高了系统的刚度和可控性，同时也提高了整个系统的控制精度。

技术领域

本发明属于火工品压装成型相关技术领域，更具体地，涉及一种压装药精密成型过程非线性负载力控制方法及系统。

背景技术

压装药成型是火工品生产中最关键的工艺环节之一，火工品装药质量的优劣直接关系到战场的精确打击能力和毁伤能力。为满足火工品的高毁伤性、侵彻使用、高可靠性的三大需求，保证大尺寸药柱具有高致密度和低各向密度差，是衡量压装药成型装置控制性能的重要指标。因此，压装精密成型技术已成为散粒体压制成型领域普遍关注的热点之一。然而，压装成型技术是一个涉及微纳米尺度下散粒体流动、摩擦、破碎等多尺度力学特性的动态过程，目前压装药成型控制方法存在如下问题：(1)散粒体颗粒发生弹塑性变形时，负载刚度呈现出了复杂的非线性时变特性，控制系统受到强非线性负载力作用，极易引起速度抖变，增加控制难度。(2)采用常规PID控制算法时，在压制成型过程中的保压阶段，散粒体材料的弹塑性完全消失，负载力对位移的微小变化量非常敏感，控制系统动态过程表现出超调量和蠕变性能极易诱发散粒体压制力的大范围波动甚至卸载，这对压装药精密成型带来极大的挑战和安全隐患。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种压装药精密成型过程非线性负载力控制方法及系统，旨在解决现有压装药精密成型过程中由于受到强非线性负载力作用引起速度抖变和保压阶段散粒体材蠕变特性引起压制力的衰落振荡现象，故而造成样品的锤击爆炸或结构损坏等致命缺陷问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种压装药精密成型过程非线性负载力控制方法，其中压装药成型装置的电液伺服系统包括：电控单元、电动机、液压泵、单向阀、压力表、电磁溢流阀、比例阀、第一安全阀、隔断阀、单向顺序阀、第二安全阀、第一压力传感器、第二压力传感器、液压缸、光栅尺、称重传感器、滑块、冲头、模拟负载、模腔、闷盖。所述电控单元包括工控机IPC610和数据采集卡PCI1716、PCI1784，工控机负责编写、编译和生成控制程序，数据采集卡集成在工控机的PCI插槽中，负责采集各类传感器的信号和生成比例阀、隔断阀的控制信号。所述电动机带动液压泵输出具有一定压力和流量的液压油经过单向阀流至比例阀的P口。所述比例阀的A口通过单向顺序阀与液压缸的有杆腔相连，比例阀的B口通过隔断阀与液压缸的无杆腔相连。所述比例阀的T口与无杆腔之间旁路设置有第一安全阀以及第一压力传感器，所述比例阀的T口与有杆腔之间旁路设置有第二安全阀和第二压力传感器。所述第一安全阀对液压缸的无杆腔的压力进行安全限定，当液压缸的无杆腔的压力超过第一安全阀的最大设定值时开启溢流，保护系统安全。所述第二安全阀对液压缸的有杆腔的压力进行安全限定，当液压缸的有杆腔的压力超过第二安全阀的最大设定值时开启溢流，保护系统安全。所述单向阀出口与比例阀P口之间旁路设置有电磁溢流阀和压力表。所述液压缸的活塞杆下端部依次连接有称重传感器、滑块、冲头，所述称重传感器对散粒体压制成型负载力进行实时在线检测，所述滑块的外侧设置有光栅尺对滑块的位移数据进行实时在线检测。

控制方法包括以下步骤：

检测负载压力和液压缸位移将这两个函数引入传递函数为G₁(s)、G₂(s)的线性网络中，再与重力负载进行综合后获取负载力观测信号其中G₁(s)＝A_n，G₂(s)＝ms²+Bs，A_n为液压缸的等效作用面积，m为液压缸驱动的等效负载质量，s为微分算子，G为等效负载重量；