反重力鑄造是一種獲得大型優(yōu)質(zhì)構(gòu)件的理想方法,它的一個主要特點是金屬液在壓力作用下結(jié)晶和凝固成形,從而提高鑄件的性能和質(zhì)量。現(xiàn)有的反重力鑄造的鑄造方法,多強(qiáng)調(diào)壓力的控制精度,更多的關(guān)注鑄件結(jié)晶凝固的過程來保證工藝要求,而由于系統(tǒng)具有非線性特征,對充型的動態(tài)過程研究并不深入。隨著工藝的發(fā)展和小型精密構(gòu)件在反重力鑄造中的需求,提出了反重力精密鑄造的問題,它要求能夠精確的控制充型動態(tài)過程中的升液速度,由于在高溫熔融的金屬液中速度難以測量,需要我們對其進(jìn)行控制方法上的研究,來解決充型速度的控制問題。針對這一點,本文主要做了如下工作: (1)從精密控制的角度定性分析整個鑄造澆注過程,針對反重力精密鑄造問題,確立要研究的控制過程和控制對象,對關(guān)鍵的控制參數(shù)進(jìn)行工藝的研究,并給出選擇方法,使整體工藝控制過程順利進(jìn)行。 (2)對反重力鑄造的動態(tài)過程進(jìn)行了建模分析和實驗驗證,并有此分析得出,由于這一動態(tài)模型是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng),具有滯后性,現(xiàn)行的鑄造控制方法無法對充型速度進(jìn)行精確的控制。 (3)為了適用控制理論,解決反重力精密鑄造的問題,對其控制過程進(jìn)一步進(jìn)行了s域的研究,并作線性化處理,得到了反重力鑄造過程的控制描述,同時研究控制方案,可以通過構(gòu)建狀態(tài)觀測器的方法,由系統(tǒng)輸出(充型壓力)來對狀態(tài)變量(充型速度)進(jìn)行估計。 (4)鑒于卡爾曼濾波方法是一種良好的動態(tài)測量方法,可以對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和預(yù)測,其估值是最小方差估計,同時考慮到反重力鑄造過程具有眾多噪聲的干擾,采用卡爾曼濾波方法設(shè)計系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器,分析卡爾曼濾波的遞推過程,得到反重力鑄造的卡爾曼濾波遞推公式,并進(jìn)行實驗測試和仿真研究,說明其在解決反重力精密鑄造對速度精度控制問題上具有可行性。 本文對反重力鑄造的工作機(jī)理和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,將控制方法引入到了鑄造工藝問題當(dāng)中,清晰地描述了具有非線性特征的反重力鑄造控制過程,并通過卡爾曼濾波的方法實現(xiàn)了對關(guān)鍵參數(shù)的實時估計,使用控制的方法解決了反重力精密鑄造的工藝問題。