铸造生产自动化分为两个部分:砂模制造的自动化和浇注的自动化。浇注是铸造生产过程中的一个重要环节。现在一些地方虽然实现了制模生产的自动化,但浇注仍然是靠手工操作来完成,工人劳动强度大,工作环境恶劣,生产效率低,产品质量不稳定。论文根据传统手工浇注浇口杯液控制的特点,提出浇注自动化的构想,建立对象的数学模型,提出浇口杯液位检测的方法,然后对整个控制系统进行分析、设计与研究。 论文采用CCD图像传感器来采集浇口杯中的液面图像,经计算机图像处理后得到浇口杯金属液位浇注的实时高度,该液位高度与工艺设定的浇注液位高度相比较得出偏差送入控制器,由控制算法计算出相应的控制量信号输出给步进电机,步进电机带动浇注阀门连杆运动来控制浇注流量,从而达到调节浇口杯中金属液位高度的目的。考虑到浇注过程中浇注流量的时变性和非线性,我们对浇注炉的金属液位进行液位控制。浇注炉液位控制系统包括液位信号的采集与变换、控制算法和执行机构三个部分。其中,液位传感器把浇注炉的液态合金液位检测出来,经液位变送器与预期的给定值相比较得出偏差送入控制器,由控制算法计算出相应的控制量输出给步进电机,步进电机带动入炉流量控制阀门连杆运动来调节入炉流量,从而达到调节浇注炉的金属液位使其保持恒定的目的。 其中,控制算法设计是控制系统设计与研究的核心,数学模型是研究和设计控制系统的基础。论文首先根据预期的控制目标分析控制对象的特征,建立对象的数学模型,再进行控制算法设计。对于浇口杯液位实时控制系统,根据浇注过程中浇口杯理想液位曲线的三段数学模型采用分段控制的方法。起始段采用简单的开环控制,关闭段采用简单的PI控制。调节段的液位控制算法比较复杂,文中根据系统的动态数学模型提出两种控制算法:PID-史密斯(Smith)预估补偿控制和带自调整因子的Fuzzy-Smith预估补控制。对于浇注炉液位控制系统,论文根据液位控制的无自衡特性,提出浇注炉液位控制的智能PID算法。