角速度控制傾轉(zhuǎn)角速度控制定量連續(xù)澆注爐技術(shù)的應(yīng)用

有色金屬連續(xù)鑄造對金屬液的流量穩(wěn)定性有較高的要求，針對小截面桿坯連續(xù)鑄造提出了熔爐傾倒角速度恒流量澆注的技術(shù)方案，建立了恒流量鑄造的數(shù)學(xué)模型。據(jù)此設(shè)計了相應(yīng)的PLC控制程序，提高了有色金屬連續(xù)鑄造小截面桿坯截面高度尺寸的一致性，簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

角速度控制澆注機(jī)結(jié)構(gòu)

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為成熟，根據(jù)新工藝對澆注機(jī)的要，利用SolidWorks軟件設(shè)計了傾轉(zhuǎn)角速度控制定量連續(xù)澆注機(jī)。結(jié)合國內(nèi)其他傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)的優(yōu)點，根據(jù)小截面恒流量要求，對液壓缸和爐體轉(zhuǎn)軸位置、控制系統(tǒng)進(jìn)行改良，將液壓缸活塞桿與爐體的鉸接支點設(shè)在爐體中心位置，減小了轉(zhuǎn)動時的力；將傾轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸支點盡量靠近澆口位置，減少出料熔體落點的位置變化；縮減澆口寬度至18mm，以適應(yīng)小截面桿坯澆注，同時在澆口末端上方增加蓋板，減少了由于澆口變窄帶來的熔渣的流入，使?fàn)t體在轉(zhuǎn)動時更容易控制，穩(wěn)定熔體的流動性。

角速度控制傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)恒流量控制原理

傾轉(zhuǎn)式澆注恒流量控制原理，是通過控制熔爐的傾轉(zhuǎn)的角度θ和角速度ω，維持流出熔爐的熔體流量q基本恒定，及獲取爐內(nèi)余留質(zhì)量m，此原理基于全自動控制的前提條件和理論基礎(chǔ)，需建立系統(tǒng)輸入和輸出之間的關(guān)系。

角速度控制恒流量澆注控制條件分析

根據(jù)金凱的研究，當(dāng)傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)爐體內(nèi)熔體體積發(fā)生變化時，如果澆注以一定角速度進(jìn)行澆注，則流出爐體的流量q為變量，無法達(dá)到恒流量的要求，如果要保持流出爐體的流量恒定，則澆注機(jī)的角速度需不斷調(diào)整。為了提供控制系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)，對θ和ω與q、m之間的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)整理，以達(dá)到流出爐體的流量保持恒定。設(shè)h為爐體內(nèi)襯高度，r為爐體內(nèi)襯半徑，ρ為金屬液密度。由于金屬液面與爐頂出水口之間有一段距離D，因而當(dāng)爐體傾轉(zhuǎn)角度在0～θ₁時沒有熔體流出；傾轉(zhuǎn)角度在θ₁～θ₂時為第2階段；傾轉(zhuǎn)角在θ₂～π/2時為第3階段。根據(jù)爐體尺寸很容易求出：θ₁=arctan（D/r）；θ₂=arctan（h/2r）。這3個階段爐內(nèi)剩余金屬熔體的質(zhì)量及流速。

實際澆注時，由于金屬熔體的成分差異和澆注過程中溫度不斷下降，熔體的粘度存在差異，從而對熔體的實際流速和澆注速度產(chǎn)生一定的影響；另一方面，由于爐體尺寸制造精度的關(guān)系，也會使得金屬熔體實際澆注。速度相對于理論值發(fā)生一定的偏離。因此需要對理論模型進(jìn)行修正，而且不同澆注階段的修正系數(shù)應(yīng)可調(diào)節(jié)。

采用分層控制策略，提出基于主動轉(zhuǎn)向和差動制動的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制過程；研究基于主動轉(zhuǎn)向的間接橫擺力矩控制方法和基于差動制動的直接橫擺力矩控制方法，建立汽車橫擺角速度控制模型；分析協(xié)調(diào)控制器的監(jiān)測參數(shù)和控制參數(shù)，基于急轉(zhuǎn)意圖識別、汽車信息處理和橫擺角速度分配控制，建立協(xié)調(diào)控制器模型。

角速度控制汽車橫擺角速度的協(xié)調(diào)控制過程

汽車在路面上低速行駛時，駕駛意圖實現(xiàn)較為容易，主動轉(zhuǎn)向控制和差動制動控制均無需啟動。當(dāng)汽車高速行駛時，主動轉(zhuǎn)向控制將啟動，用來保證駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖以及抵抗側(cè)向風(fēng)等干擾；當(dāng)轉(zhuǎn)向角較大，輪胎工作在非線性區(qū)域時，單靠轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)向意圖，此時差動制動控制將觸發(fā)工作，利用差動制動實現(xiàn)直接橫擺力矩控制，以保證駕駛員的駕駛意圖，實現(xiàn)汽車行駛穩(wěn)定性控制。

控制功能的觸發(fā)都是通過監(jiān)測質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度來實現(xiàn)的，并未考慮與駕駛員主觀駕駛意圖相關(guān)的方向盤轉(zhuǎn)角等參數(shù)。急轉(zhuǎn)工況中，差動制動觸發(fā)在汽車危險狀態(tài)，此時汽車質(zhì)心側(cè)偏角較大，駕駛員很容易因為橫擺角速度階躍變化等干擾而操作不當(dāng)，引發(fā)危險。

基于主動轉(zhuǎn)向和差動制動的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制過程。汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器首先要監(jiān)測汽車行駛狀態(tài)和駕駛員轉(zhuǎn)向意圖，判斷汽車行駛工況和預(yù)期的轉(zhuǎn)向程度；其次根據(jù)汽車行駛狀態(tài)計算出期望橫擺角速度；根據(jù)期望橫擺角速度與實際橫擺角速度偏差作為輸入，計算出所需的橫擺角速度偏差；最后分別分配給主動轉(zhuǎn)向控制和差動制動控制，實現(xiàn)附加前輪轉(zhuǎn)角和獨立輪胎制動力控制。

角速度控制汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型

汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器整體結(jié)構(gòu)中，主要包括駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識別模塊、汽車信息處理模塊和橫擺角速度分配控制模塊，通過監(jiān)測汽車方向盤信號和車速信號，進(jìn)行處理得到所需的控制參數(shù)。在仿真分析時將其簡稱為AEBD。

汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器通過駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識別，作為其工作的觸發(fā)條件，通過汽車信息處理模塊進(jìn)行橫擺角速度偏差的計算，并通過橫擺角速度控制進(jìn)行權(quán)重的分配。

（1）駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識別模塊：控制器對駕駛員急轉(zhuǎn)意圖的識別主要依據(jù)駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識別模型，通過對方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速、車速和方向盤飽和轉(zhuǎn)角進(jìn)行建模，將信息進(jìn)行處理后賦值權(quán)重P_startP進(jìn)行控制器觸發(fā)。

（2）汽車信息處理模塊：汽車信息處理模塊主要包括方向盤轉(zhuǎn)角和車速信號的采集，期望橫擺角速度和轉(zhuǎn)向飽和時方向盤轉(zhuǎn)角的計算以及質(zhì)心側(cè)偏角的估算。

（3）橫擺角速度分配控制模塊：汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器的核心主要是對期望橫擺角速度和實際橫擺角速度的差值進(jìn)行權(quán)重分配，通過計算，最終通過主動轉(zhuǎn)向和差動制動分別提供附加前輪轉(zhuǎn)角和附加橫擺力矩。

基于主動轉(zhuǎn)向和差動制動的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型中，主要包括Carsim環(huán)節(jié)和Simulink 環(huán)節(jié)，并通過S函數(shù)將兩者進(jìn)行聯(lián)合。其中，Carsim的輸入?yún)?shù)為后輪的兩個制動器控制參數(shù)和前輪疊加轉(zhuǎn)角，是控制器作用在汽車上的控制變量；Carsim的輸出參數(shù)為車速、方向盤轉(zhuǎn)角、實際橫擺角速度和實際質(zhì)心側(cè)偏角，它們在現(xiàn)實環(huán)境中是通過傳感器測量獲得的。

基于主動轉(zhuǎn)向和差動制動的汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型為汽車橫擺角速度協(xié)調(diào)控制器模型在Carsim整車環(huán)境中進(jìn)行聯(lián)合仿真驗證，其中Drive_signal、Vehicle_model和YC_model模塊分別是駕駛員急轉(zhuǎn)意圖識別模塊、汽車信息處理模塊和橫擺角速度分配控制模塊的仿真模型，并進(jìn)行了封裝處理。 2100433B

角坐標(biāo)φ和角位移Δφ不是矢量。令Δt→0，則角位移Δφ以零為極限，稱為無限小角位移。無限小角位移忽略高階無窮小量后稱為微分角位移，記為dφ.可以證明，dφ是矢量.進(jìn)而，角速度ω=dφ/dt也是矢量。

角速度ω是偽矢量。 右手系改為左手系時，角速度反向.其本質(zhì)是二階張量（Ω），而一般矢量的本質(zhì)是一階張量，因此，矢量是角速度的簡便表達(dá)，張量是角速度的準(zhǔn)確表達(dá)。 2100433B

角速度是矢量。按右手螺旋定則，大拇指方向為ω方向.當(dāng)質(zhì)點作逆時針旋轉(zhuǎn)時，ω向上；作順時針旋轉(zhuǎn)時，ω向下。

設(shè)線速度為v，取圓心為原點，設(shè)位矢（位置矢量）為r，則

v=ω×r

該式可以作為角速度這個物理量的普遍定義式。

當(dāng)電機(jī)功率限定時，指電機(jī)接到電壓為額定值的106%的電源時，滿載荷轉(zhuǎn)頭所產(chǎn)生的角速度。

中文名稱

最大角速度

英文名稱

maximum angular velocity

定　　義

當(dāng)電機(jī)功率限定時，指電機(jī)接到電壓為額定值的106％的電源時，滿載荷轉(zhuǎn)頭所產(chǎn)生的角速度。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），實驗室儀器和裝置（二級學(xué)科），實驗室離心機(jī)-實驗室離心機(jī)一般名詞（三級學(xué)科）