3.6万吨黑色金属垂直挤压机加载过程控制的若干关键技术研究

金属挤压是塑性变形领域中最重要的方法。如高压大口径厚壁无缝合金管是超超临界发电机组及三代核电站的关键部件，长期依赖进口。国家中长期科技发展规划04专项立项的3.6万吨黑色金属垂直挤压机是一类超大型生产装备，用热挤压一次成型生产此种高性能管材。其高压大功率、长程、多点液压并联传动大系统，以3.6万吨推力驱动动梁上行的挤压过程是典型的非线性多变量强耦合时间有限系统，在控制上有许多急需理论解决的问题。本申请针对这类大型复杂装备的关键控制技术，以实验为基础、数据为驱动，研究①挤压过程的多模糊模型描述和基于多变量预测控制的动梁平衡运动控制规律；②自适应迭代学习及其与预测控制组合模式，抑制管坯材料、温度、制孔偏心、玻璃润滑系数、除鳞残余等初始状态对过程模型扰动的方法，实现最小偏心挤压。本申请本着解决国民经济中的重大问题，通过实例研究，探索大型复杂生产装备新的控制理论与方法，并解决应用中的一些关键技术。

金属挤压是塑性变形领域中最重要的方法，3.6万吨垂直挤压机采用热挤压一次成形工艺，高效率的生产超超临界发电机组及三代核电站所需的高压大口径厚壁无缝合金钢管。其高压大功率、长程、多点液压并联传动大系统以3.6万吨推力，40秒内驱动活动横梁上行2600mm完成管坯塑性成形过程，是典型的非线性多变量强耦合时间有限系统。本课题研究并解决了大尺度下的控制工程问题，包括：①根据被控对象运动特征，将并联传动的大型液压系统和大尺寸动梁结构所体现的多变量复杂关系及强耦合特性转化为分布式控制描述，提出了适用于一类工业重载荷多变量运动系统的一致性控制方法；②提出了具有快收敛特性的一致性预测组合控制新概念，研究了其工程可行的迭代控制算法，并直接应用到了生产现场；③建立了机液联动的物理模型平台，并用产品的挤压过程实际数据验证了模型有效性；④研究了基于二维系统理论的点对点迭代学习控制方法；⑤国际期刊发表SCI检索文章7篇、国际会议及国内学报上发表EI检索文章7篇、获批中国专利局专利一件；⑥本研究提出的重载荷下多轴一致性预测组合控制方法拓展到了飞机先机制造领域。本申请人承接了中航工业系统的国产首台7.7万吨橡皮囊液压成形机研发、国产首台钛合金热成形-超塑成形液压机和国产首台数控蒙皮拉伸机研发合同（均是列入04专项指南的重大装备项目），其核心内容都可以抽象为多智能体的一致性控制问题。⑦本研究通过实践证明了，在合适的控制决策条件下，对于一个大尺度的复杂工业被控对象来说，先进控制理论方法的应用不仅使其性能指标优于传统PID控制器，也能达到工程可算性，同时，它也是简便和可靠有效的。