北京科技大学材料成型自动控制基础书本重点 chenyang
材料成形理论基础
创世界转体桥承重之最。大 桥位于云贵高原之上，桥长 仅486米，一拱跨峡谷，拱高 280米，远远超过了183米的 原“世界铁路第一高桥”南昆 铁路清水河大桥，成为新的 “世界冠军”。(中华建筑报)
引言
掌握了形变、形变和相变相结合的过程中金属 材料组织结构的变化规律，就可以利用这些规 律，设计和优化加工工艺:
获得满足性能要求所需要的组织结构。
这些规律就是:材料在塑性变形过程中 的物理基础。
引言
力的作用下、材料的组织性能控制
热轧过程中
控制轧制对组织细化的作用示意图
引言
固态成形理论的知识结构
典型粱拄焊接T型结构的拘束应力导致钢板的层状撕裂 Lamellar tearing in T butt weld
引言
以上实例可见：国家经济发展需要具 有高质量、综合性能优异的材料。
金属材料的性能（包括使用性能和深加工性能）: 在使用条件一定时，是决定于成分和组织结构的。
在材料的化学成分一定的情况下，其组织结构是由 加工工艺决定的，即通过冷、热加工、热处理和形 变热处理可以在很大范围内改变金属材料的组织结 构，从而改变材料的性能。
晶间变形：在T ≥ 0.5Tm（Tm：熔化温度） 起控制作用的变形机理：
当变形温度比晶体熔点低很多时：是滑移和孪生； 在高温塑性变形时：扩散机理起重要作用。
实际变形过程的复杂性：
几种机理起作用； 受许多因素影响：晶体结构、化学成分、相状态
等材料的内在因素，及变形温度、变形速度、应力状 态等外部条件的影响。
当金属在高温塑性变形时，扩散就起着重要的 作用。
2023年材料成型及控制工程专业考研书目
2023年材料成型及控制工程专业考研书目1. 《控制工程基础》（第三版），郝伟等，清华大学出版社这本书是控制工程方面的基础教材，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说非常重要。
书中讲述了控制工程的基本理论、控制系统的组成、控制技术和应用等内容，是掌握控制工程核心知识的必备教材。
2. 《控制工程设计》（第五版），史雪松，清华大学出版社本书是一本经典的控制工程设计教材，全面介绍了控制系统的设计理论、方法和技术，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说非常实用，尤其是在考研复习过程中需着重掌握控制系统的设计方法和技术。
3. 《现代控制系统》（第十版），Richard C. Dorf & Robert H. Bishop，机械工业出版社这是一本国际上广泛使用的控制工程教材，被誉为现代控制系统领域的经典著作。
书中详细介绍了现代控制系统的原理、设计和应用，是材料成型及控制工程专业考研学生不可或缺的参考书。
4. 《自动控制原理》（第七版），欧阳明高等，电子工业出版社本书全面介绍了自动控制的基础理论和方法，包括控制系统的数学模型、控制方法、控制器的设计和应用等。
对于材料成型及控制工程专业考研学生来说，这本书可以帮助理论与实践相结合，更好地掌握自动控制原理。
5. 《控制系统工程》（第二版），Norman S. Nise，机械工业出版社这是一本经典的控制系统工程教材，全面介绍了控制系统的组成、模型、性能和稳定性分析，以及控制器和控制系统的设计和应用等内容。
对于材料成型及控制工程专业考研学生来说，这本书可以帮助理论与实践相结合，更好地掌握控制系统工程的知识。
6. 《自动控制原理与工程应用》（第五版），陈立文，清华大学出版社这是一本结合控制工程理论和实践的教材，详细介绍了控制系统的数学模型、控制方法、系统分析与设计等内容，并着重介绍了系统模型的建立和参数调节方法，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说非常实用。
7. 《控制系统设计与实践》（第二版），Dale E. Seborg等，中国机械工业出版社这是一本融合控制工程理论和实践的教材，内容涵盖了控制系统的设计、分析、优化、实现和应用等方面，在掌握控制系统理论知识的同时，对于材料成型及控制工程专业考研学生来说也很实用。
北京科技大学-材料成型自动控制基础大作业
北京科技大学-材料成型自动控制基础大作业材料成形自动控制基础作业一、回归方程系数a, b1.Matlab程序：clcdisp('函数为y=ax^b');disp('取对数lny=lna+blnx')x=[0.1 1 1.9 2.8 3.7 4.6 6.4 7.3 8.2 9.1 10 10.9 11.8 12.7 13.614.5 15.4 16.3 17.2]y=[0.001514 2.4 18.71642 64.73169 157.9271 316.9832 912.9 1390.455 2015.652 2812.831 3804.4 5012.6 6460.07 8173.031 10175.03 12490.76 15145.29 18164 21573.9]c=log(x);d=log(y);sumc=sum(c);sumd=sum(d);n=length(c);e=c.*d;sume=sum(e);f=c.*c;sumf=sum(f);a1=(sume-sumc*sumd/n)/(sumf-(sumc)*(sumc)/n);c0=(sumc)/n;d0=(sumd)/n;b=a1;a0=d0-a1*c0;a=exp(a0);x1=0.01:0.1:21;y1=a.*x1.^b;plot(x,y,'bp',x1,y1,'g-')legend('数据点','y=ax^b拟合曲线')disp('拟合得到的a和b的值为：')ab2.拟合结果拟合得到的a和b的值为：a = 2.4001b =3.2000二、计算轧制压力1.Matlab程序clcC=[0.0416 0.0441 0.0367 0.0367 0.033 0.029 0.029 0.033 0.0290.0017 0.0013 0.0019 0.0019 0.0019]Mn=[0.25 0.23 0.26 0.26 0.26 0.25 0.25 0.26 0.250.15 0.14 0.14 0.14 0.14]Cr=[0.03 0.03 0.02 0.02 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.020.02 0.02 0.02 0.02]V=[0.02 0.03 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.02 0.01 0.020.02 0.03 0.03 0.03]T=[948.4 950.18 944.26 958.31 954.99 947.67 954.43 960.78 950.46 967.32 960.46 967.41 954.13 956.74]S=[1.39 1.38 1.33 1.264 1.372 1.371 1.372 1.313 1.358 1.4521.538 1.469 1.474 1.52]r=[0.4183 0.4296 0.428 0.4248 0.4072 0.4115 0.4114 0.4085 0.41230.393 0.3639 0.3947 0.3955 0.3974]H=[43.303 46.65 46.361 45.924 45.908 45.943 46.113 46.045 46.11546.41 45.964 46.284 46.36 46.317]D=[787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9 787.9]Nb=0;[C]=C+Mn/6+(Cr+V+Nb)/12;h=H.*(1-r);R=D./2;dh=H-h;T_=(T+273.15)./1000;f_h=sqrt(r./(1-r));e=(2./sqrt(3)).*log(H./h);e_r=e*1000.*S./(sqrt(R.*dh));if T_>=0.95.*(([C]+0.41)./([C]+0.32))sigma_0=2.75.*exp(5./T_-0.01./([C]+0.05));m=(-0.019.*[C]+0.126).*T_+(0.075.*[C]-0.05);elsesigma_0=2.75.*(30.*([C]+0.9).*(T_-0.95.*([C]+0.49)/([C]+0.42)).^2+([C]+0.06)./([C]+0 .09)).*exp(([C]+0.32)./(0.19.*([C]+0.41))-0.01./([C]+0.05));m=(0.081.*[C]-0.154).*T_-0.019.*[C]+0.207+0.027./([C]+0.32);endsigma_f=sigma_0.*(1.3.*(5.*e).^(0.41-0.77.*[C])-1.5.*e).*(e_r/10).^(m);fai=tan(pi./8.*log(1-r)./sqrt(R./h)+0.5.*atan(f_h))./sqrt(R./h);Qp=0.5.*pi./f_h.*atan(f_h)-pi/4-sqrt(R.*h)./f_h.*(log(2.*R.*(1-cos(fai))./h+1)+0.5.*lo g(1-r));format short eF=2./sqrt(3).*sigma_f.*Qp.*sqrt(R.*dh);disp('计算得出的轧制力分别为：')F2、运算结果计算得出的轧制力分别为：F =Columns 1 through 143.2087e+05 3.4756e+05 3.5219e+05 3.2998e+05 3.3095e+05 3.4342e+05 3.3701e+05 3.2461e+05 3.4151e+05 3.2617e+05 3.1332e+05 3.2655e+05 3.4228e+05 3.4126e+05>>。
北京科技大学固态成型工艺原理与控制 -
第一章轧制原理1. 轧制：靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。
轧辊表面状态的影响4）轧件的化学成份的影响5）轧辊化学成分的影响2.轧制变形区：指轧制时，轧件在轧辊作用下发生变形的体积。
实际的轧制变形区分为弹性变形区、塑形变形区、弹性恢复区。
3. 咬入角：轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点（实际上为一条线）和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度。
4. 金属变形区的流动规律：(1)沿轧件断面高度上的变形、应力、流动速度分布都是不均匀；(2)在几何变形区内，轧件与轧辊接触表面上，不但有相对滑动，而且还有粘着；(3)变形不但发生在几何变形区内，而且也产生在几何变形区以外；(4)在粘着区内有一个临界面，在这个面上金属的流动速度分布均匀，并且等于该处轧辊的水平速度。
α≤5.平辊轧制咬入条件：β6．假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦系数不变及其他条件相同时，则稳定轧制阶段允许的咬入角比咬入阶段的咬入角大2倍。
7. 极限咬入条件 ：βα= 理论上允许的极限稳定轧制条件 ：y x y K βα=8. 剩余摩擦力：咬入力和水平阻力的差值称之为剩余摩擦力。
9. 剩余摩擦角ω：等于金属与轧辊间的接触摩擦角β与合力作用角ϕ的差值。
ϕ<α时，产生剩余摩擦力。
当ϕ=2α时，轧制过程建成，剩余摩擦角达到最大值。
10. 改善咬入条件的方法: 增加轧辊直径D 、减小压下量、用钢锭的小头先送入轧辊或以带有楔形端的钢坯进行轧制、增加后推力、改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩擦角、合理的调节轧制速度，轧制速度提高，摩擦系数降低、增加轧件与轧辊的接触面积或采用合适的孔型侧壁倾角。
11． 宽展：轧制过程中轧件的高度承受轧辊压缩作用，压缩下来的体积，将移向纵向及横向。
由移向横向的体积所引起的轧件宽度的变 化。
12. 宽展分类：自由宽展（坯料在轧制过程中，被压下的金属体积其金属质点横向移动时具有向垂直于轧制方向的两侧自由移动的可能性，此时金属流动除受辊接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制）、限制宽展（轧制过程中，金属质点横向移动时，除受接触摩擦的影响外，还承受孔型侧壁的限制作用）、强制宽展（轧制过程中，金属质点横向移动时，不仅不受任何阻碍，反而受强烈的推动作用，使轧件宽度产生附加的增长）13. 影响宽展的因素（在其他条件一定的情况下，正比于高向移动体积和变形区长度，以及摩擦系数。
北京科技大学材料成型自动控制基础书本重点-chenyang
材料成形自动控制理论基础总结版1.自动控制是采用自动检测、信号调节、电动执行等自动化装置组成的闭环控制系统，它使各种被控变量保持在所要求的给定值上。
2.过程自动化是指在生产过程中，由多个自动控制系统组合成的复杂过程控制系统。
3.生产过程实现自动化的目的是：保证生产过程安全稳定；维持工序质量，用有限资源制造持久耐用的精美产品；在人力不能胜任的复杂快速工作场合中实现自动操作；把人从繁重枯燥的体力劳动中解放出来；不轻易受人的情绪和技术水平影响，按要求控制生产过程。
4.轧制生产过程的特点：(1)需要模型计算。
(2)控制项目众多。
(3)调节速度快。
(4)参数之间相互耦合影响。
(5) 控制结果综合性强。
5.轧制过程技术现状：(1) 轧钢生产日益连续化。
(2)轧制速度不断提高。
(3)生产过程计算机控制。
(4) 产品质量和精度高标准交货。
(5)操作者具有较高技术水平。
6.轧制自动化目前可以分为对过程的自动控制和对工艺过程的计算机系统控制两部分。
7.计算机控制内容又分为计算机配置方式、信息跟踪方式和动态在线控制算法以及分布计算机通讯网络四大部分。
8.中国冶金自动化的发展：(1) 在基础控制方面，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制。
(2)在控制算法上，重要回路控制一般采用PID算法。
(3)在电气传动方面，用于节能的交流变频技术普遍采用；国产大功率交直流传动装置在轧线上得到成功应用。
(4)在过程控制方面，计算机过程控制系统普及率有较大幅度提高。
9.自动控制是利用控制系统使被控对象或是生产过程自动按照预定的目标运转所进行的控制活动。
10.开环控制系统：输出量不会返回影响过程的直接控制系统。
11.闭环控制系统：将输出量反馈回来影响输人量的控制系统，或称为反馈控制系统。
12.自动控制系统：如果将自动检测信号与设定值进行比较，得到与目标信号的偏差，再利用运算控制器自动完成偏差信号调节和控制信号输出，最后由电动执行器完成调节任务，使偏差得到消除，就成为自动控制系统。
北京科技大学2024年研究生自主命题考试大纲 807-材料成形理论基础
材料成形理论基础考试大纲一、考试性质与范围适用于080500“材料科学与工程”以及085601“材料工程”硕士研究生入学考试，为初试考试科目。
二、考试基本要求考查考生掌握材料成形基本概念、基础理论的同时，注重考查考生运用相关基础知识发现、分析和解决材料加工领域相关问题的能力。
要求考生全面、系统地掌握材料成形的金属学及力学原理，具有发现、分析和解决材料加工领域相关问题的能力。
三、考试形式与分值1、满分为150分；2、题型为名词解释、简答、论述、计算等。
四、考试内容1、金属凝固原理1.1液态金属1.2凝固过程1.3单相合金凝固及组织1.4多相合金凝固及组织1.5特殊条件下的凝固1.6金属凝固加工过程质量控制2、焊接成形冶金基础2.1焊接温度场与焊接热循环2.2焊接化学冶金2.3焊缝与熔合区2.4焊接热影响区2.5 3D打印激光选区熔化成形原理3、金属材料的塑性与塑性变形机理3.1金属材料的塑性-3.2金属材料塑性变形机理3.3金属材料塑性的主要影响因责3.4金属材料的超塑性4、金属材料的强韧性与强韧化机理4.1金属材料的强度4.2金属材料的强化机理4.3金属材料的韧性与韧化机理5、回复与再结晶5.1形变金属的回复5.2形变金属的再结晶5.3再结晶后的组织5.4再结晶与相变、回复的区别6、金属及合金的热加工及软化6.1热变形原理6.2动态回复6.3动态再结晶6.4热加工图7、点的应力应变状态7.1点的应力状态7.2应力莫尔圆7.3等效应力7.4应力平衡微分方程7.5应变的表示方法7.6点的应变及应变连续性7.7应变增量及应变速率8、屈服准则及塑性关系8.1屈服准则的一般形式8.2两个典型的屈服准则8.3应变硬化材料的后继屈服8.4塑性应力应变关系8.5应力应变顺序对应规律8.6等效应力-等效应变曲线的单一性9、塑性加工问题解析方法9.1塑性加工问题的解9.2边界条件9.3基本方程的简化9.4主应力法9.5滑移线法五、参考书1、《材料成形理论基础》，李静媛主编，冶金工业出版社，2022。
《材料成型原理》教学大纲(金属凝固原理及塑性成形原理部分,基础知识点概括,考研必备)
§ 9–1 液态金属的脱氧 先期脱氧（焊接） 、预脱氧（熔炼） 、沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧；各种脱氧原理 的概念及优、缺点；锰、硅沉淀的脱氧的比较，温度、熔渣的性质对其脱氧效果的影响； § 9–2 液态金属的脱碳反应 液态金属的脱碳精炼反应原理、目的及工艺原则； § 9–3 液态金属的脱硫 液态金属的脱硫原理及脱硫效果的影响因素、目的及工艺原则； § 9–4 液态金属的脱磷 液态金属的脱磷原理及脱磷效果的影响因素、目的及工艺原则；
小于 180o，所以，非均质形核功Δ G he 远小于均质形核功Δ G ho ， 越小，Δ G he 小，夹杂界面
的非均质形核能力越强，形核过冷度越小； §3-4 晶体长大 液-固界面自由能及界面结构类型、本质及其判据；晶体长大方式
第四章 单相及多相合金的结晶
本章从凝固过程溶质再分配的规律谈起，着重讨论所涉及到的“成分过冷”条件及其对 合金凝固组织的影响规律、 单相固溶体合金及多相合金的凝固。 并为后续章节的内容的讨论 奠定基础。 §4-1 凝固过程中溶质再分配
《材料成型原理》教学大纲
总学时： 96→ 总学分： 6 一、 课程的目的和任务 《材料成型原理》 是材料成形及控制专业主要的院定必修课之一。 本课程的任务是对材 料的凝固成形、塑性成形、焊接成形等近代材料成形技术中共同的物理现象、基本规律及各 成形技术的基本原理、理论基础、分析问题的方法加以阐述，使学生对材料成形过程及原理 有深入广泛的实质性理解，为后续的成形技术具体工艺方法、设备控制等课程的学习，为开 发新材料及其成形技术、分析和解决成形过程中的质量缺陷问题奠定理论基础。 二、 本课程的基本要求 1. 了解液态金属和合金的结构、性质，掌握液态金属与合金凝固结晶的基本规律及结 晶过程中的伴随现象，了解冶金处理对凝固组织与材料性能的影响。 2. 掌握材料成形过程中的物理、化学冶金现象及内部规律 。 3. 掌握塑性成形力学基础理论、塑性成形过程中的分析方法与原理。 三、 与其它课程的联系与分工 本课程的理论基础是数学、物理、物理化学、冶金传输原理、工程力学、金属学与热处 理。本课程重点在于阐述成形技术的理论基础、基本原理、分析问题的方法，而不涉及具体 成形工艺方法及参数。 各种具体的成形工艺方法、 原理过程及控制等将在后续专业课程中学 习。 四、 课程内容与学时分配 章次 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 十六 十七 十八 十九 内容 绪论 液态金属的结构和性质 凝固温度场 金属凝固热力学与动力学 单相及多相合金的结晶 铸件宏观组织及其控制 特殊条件下的凝固与成形 液态金属与气相的相互作用 液态金属与渣相的相互作用 液态金属的净化与精炼 焊接热影响区的组织与性能 凝固缺陷及控制 粉末冶金原理 金属塑性成形的物理基础 应力分析 应变分析 屈服准则 材料本构关系 金属塑性变形与流动问题 塑性成形力学的工程应用 总学时数 2 4 6 4 4 2 4 4 4 4 4 12 4 4 6 4 3 8 4 9 课堂讲授学时数 2 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 8 4 4 6 4 3 6 2 9 2 2 4 2 实验时数
北京科技大学 控制工程基础-总复习1
2016年1月5日8时22分
北京科技大学信息工程学院自动化系
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1.3 自动控制的基本概念和原理 • 什么是自动控制？ 自动控制是指：不需要人的直接参与，而 控制某些物理量按照指定的规律变化。 • 手动控制
1（眼）观测温度 2 （与要求）比较 3（作出）决定 4（手）调节
~220V
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uc
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2016年1月5日8时22分
2019年4月24日5时49分北京科技大学信息工程学院自动化系15反馈控制特点输入控制输出输出参与控制检测偏差纠正偏差具有抗干扰能力结构复杂实际生产过程中的反馈控制均为负反馈闭环控制系统的自动控制或者自动调节作用是基于输出信号的负反馈作用而产生的所以经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统研究的目的是得到它的一般规律从而可以设计出符合设计要求的满足实际需要的性能指标优良的控制系统
2016年1月5日8时22分 北京科技大学信息工程学院自动化系 23
1.6 自动控制系统基本要求
• 有差系统（图b）：若稳态误差为零，则系统称为 无差系统。 无差系统（图a）：若稳态误差不为零，则系统称 为有差系统。
•
2016年1月5日8时22分
北京科技大学信息工程学院自动化系
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小 结
自动控制的基本概念
本章学习要点
了解自动控制的起源和发展； 了解闭环控制系统的组成和基本环节； 了解反馈控制的工作原理；
掌握反馈控制系统的基本要求；
掌握相应的概念及技术术语；
2016年1月5日8时22分
北京科技大学信息工程学院自动化系
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1.1 课程介绍
• 自动控制技术是人类在认识世界和发明创新的过程中 发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，可以完成 许多人类自身无法完成的工作，对于提高精度、质量、 性能及效率起到关键性的作用。同时还可以使人类从 笨重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的 工作 • 自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩 目的高新技术之一，是推动新的技术革命和新的产业 革命的关键技术。 • 自动控制理论则是研究自动控制共同规律的技术科学。 • 控制工程基础是一门专业基础课程，主要介绍系统的 建立、分析与设计等基本理论及方法的课程；是本学 科的技术基础课。
材料成型专业概论笔记
材料成型专业概论笔记第一章材料成型及控制工程专业是一个具有机械学科典型特征和浓厚材料学科色彩的宽口径专业，主要研究各种材料成形的工艺方法、质量控制以及材料成形的机械化和自动化，是集材料制备与成形及其过程自动化为一体的综合性学科。
1、材料成形的主要技术内容包含哪些方面？（1）金属材料的塑性成形；（2）金属材料的液态成形；（3）金属材料的连接成形；（4）金属粉末成形；（5）非金属材料成形；2、举例说明材料成形在工业生产中的作用做为制造业的一项基础和主要的生产技术，材料成形技术在国民经济中占据十分关键的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业技术发展水平。
使用铸成方法可以生产铸钢件、铸铁件及其各种铝、铜、镁、钛及锌等有色合金铸件；使用塑性成形方法，可以生产各种金属（黑色金属和有色金属）及其合金的锻件和板料冲压件；使用相连接方法生产单一制的制件或产品虽然不如铸成和塑性成形方法的多，但据国外权威机构统计数据，在各类工业制品中半数以上都须要使用一种或多种相连接技术就可以做成。
3、简述材料成形工艺的主要特点（1）材料利用率低；（2）产品性能不好；（3）产品尺寸规格一致；（4）生产率低；（5）通常制件产品尺寸精度比焊接加工高、表面粗糙度值为焊接加工低。
4、成形工艺一般可分为哪些类型？图5、材料成形技术的发展趋势就是什么？三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。
第二章金属液态成形又称为铸造，是将固态金属加热到液态，熔炼合格后注入预先制备好铸模中，经冷却、凝固成形，获得具有一定形状和性能的毛坯、半成品乃至成品零件的一种材料热加工方法。
所铸造出的产品叫铸件。
1、何谓合金的铸成性能？铸成性能存有哪些？合金在铸成生产过程中整体表现出的工艺性能；铸成性能例如流动性、膨胀性、吸气性、偏析性等2、合金的流动性决定于合金的哪些固有性质？提高金属液态流动性的主要工艺措施有哪些？液态金属的流动性就是金属的固有性质，主要依赖于金属的结晶特性和物理性质。
材料成型控制工程基础
材料成型主要金属材料的铸造、锻压、焊接和热处理等需要材料被加热才能够完成的材料成型工艺过程。
1.反馈：将被控对象输出的量经测量装置返回到输入端，经预给定量进行比较后，最终将影响过程控制系统的输出结果。
2.过程控制系统的动态特性:(1)稳定系统(2)非稳定系统(3) 临界系统3.过程控制系统的基本要求：(1)稳稳定性要求是过程控制系统正常工作的首要条件，必须指出，实际控制系统不仅首先要满足稳定性要求，而且还要考虑系统必须要由一定的富余量，以便照顾到系统工作时参数可能会发生变化或有更严重的干扰侵入等。
(2)准系统在调节过程结束后，系统的被调量与稳态量之间的偏差称为稳态误差或静态误差，它是衡量系统稳定精度的一项指标。
(3)快快表示动态性能指标要符合要求，它是衡量形态好坏的依据。
4.衰减比: 是衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，等于两个相邻的同向波峰值之比即n=y1/y25.过程输入/输出通道：计算机经过计算、处理后，将结果以数字量的形式输出，同时将数字量转化为适合生产过程控制的量。
因此在计算机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就成为~6.计算机输入/输出通道与cpu交换信息的类型（1）数据信息(2)状态信息(3)控制信息7.模拟输入通道各部分电路的作用：（1）传感器：将过程量转换为电信号（2）放大电路：对微弱的电信号进行放大（3）多路转化开关：将多路模拟信号按要求分时输出（4）采样保持：对模拟信号进行采样，在模/数转换期间对采样信号进行保持（5）A/D转换：即模/数转换，将模拟信号转化为二进制数字量（6）接口电路：提供模拟量输入通道与计算机之间的控制信号和数据传送通道8.模拟量输入通道设计应考虑的问题：（1）信号的拾取方式（2）信号的调节（3）模/数转换方式的选择（4）电源配置（5）抗干扰测试9.放大器的类型（特点）（1）测量放大器：具有高输入阻抗，低失调电压、低温度漂移系数和稳定的放大倍数、低输出阻抗的特点。
材料成型过程控制概论
2020/7/10
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自动控制
自动控制是采用自动检测、信号调节（包括 数字调节器、计算机）、电动执行等自动化装置， 组成的闭环控制系统，它使各种被控变量（如流 量、温度、张力、轧机辊缝和轧机转速等）保持 在所要求的给定值上。过程自动化是指在生产过 程中，由多个自动控制系统组合的复杂过程控制 系统。
2020/7/10
材料成形过程控制
1. 概论
余万华 北京科技大学材料学院
2020/7/10
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材料成形过程控制
这门课是在学习完《自动控制原理》的基础 上开设的，目的是：
（1）学习现代控制理论的一些基本知识； （2）从系统角度讲解自动控制原理的应用； （3）工业过程控制系统； （4）了解材料加工生产过程中的一些实际
控制系统的组成和工作原理。
3
自动控制目的
生产过程实现自动化的目的是：提高工序质量， 用有限资源，制造持久耐用的精美产品；在人 力不能胜任的复杂快速工作场合中实现自动操 作；把人从繁重枯燥的体力劳动中解放出来； 不轻易受人的情绪和技术水平的影响，稳定工 序质量。实现自动化大批量生产，提供质量好、 性能稳定、价格具有竞争力的产品，为企业生 存发展提供更大的空间。
2020/7/10钢生产日益连续化。
轧制速度的不断提高。
生产过程计算机控制。
产品质量和精度高标准交货。
操作者具有高度水平。
由于连轧机生产效率高，质量易于控制，轧制过程连续，易于实现自动化和机械化， 而且这种轧机产量大，生产效率高，质量易于控制，经济效益非常显著。所以各种先进 的科学成果都竞相应用于连轧过程，大大促进了连轧过程自动化的发展，其中以热带连 轧自动化的发展最为迅速和成熟。
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材料成型控制工程基础 第一章
第1章 绪论
1.1材料成型过程控制的特点 1.2材料成型过程控制的基本概念 1.3 材料成型过程控制系统分类
1.1材料成型过程控制的特 点
• • • • • • • • 多变量控制系统，建模困难 干扰因素相当多 加工过程复杂 被控对象多样化 传感方式多样化 执行机构的多样化 动态响应速度低 惯性大
2）控制系统
控制系统
开环系统： 不包含反馈的过程控 制系统，即输出量对 系统的控制作用没有 影响。
பைடு நூலகம்
闭环系统： 包含有反馈的过程控 制系统，即输出量对 系统的给定有直接的 影响。
复合控制系统： 将开环和闭环控制系 统适当地结合在一起， 能够实现复杂而准确 度较高控制任务的控 制系统。
1.3 材料成型过程控制系统 分类
• 按系统给定量的运动规律分 • 按系统中是否包含非线性元件划分
• 按系统的输入输出是否是时间的函数划分 • 按系统的稳态值是否存在误差划分
有差系统 无差系统 线性系统 非线性系统 恒值控制系统 程序控制系统 随动系统
连续系统 离散系统
1.4材料成型过程控制的基 本要求
1.过程控制系统的动态特性：
1.2材料成型过程控制的基 本概念
• 1. 材料成型过程控制系统的基本组成
• 1）反馈 2.基本概念 将被控对象输出的量经测量装置返回到输入端，经与给定量进行比较后， 最终将影响过程控制系统的输出结果。
北京科技大学机械工程材料与成形工艺(机械)期末复习总结
工程材料与成形技术基础概念定义原理规律小结一、材料部分材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为材料的强度。
材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性。
拉伸过程中，载荷不增加而应变仍在增大的现象称为屈服。
拉伸曲线上与此相对应的点应力σ，S称为材料的屈服点。
称为材料的抗拉强度，它表明了试样被拉断前所能承载的最大应力。
拉伸曲线上D点的应力σb硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力，它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。
一般情况下，材料的硬度越高，其耐磨性就越好。
韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，它是材料塑性和强度的综合表现。
材料在交变应力作用下发生的断裂现象称为疲劳断裂。
疲劳断裂可以在低于材料的屈服强度的应力下发生，断裂前也无明显的塑性变形，而且经常是在没有任何先兆的情况下突然断裂，因此疲劳断裂的后果是十分严重的。
工艺性能是指金属材料接受某种加工过程的难易程度。
主要是铸造性能；锻造性；焊接性；热处理性能；切削加工性。
晶体的结构：在晶体中，原子(或分子)按一定的几何规律作周期性地排列；晶体表现出各向异性；具有的凝固点或熔点。
而在非晶体中，原子(或分子)是无规则地堆积在一起。
常见的有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。
体心立方晶格的致密度比面心立方晶格结构的小。
晶体的缺陷（低要求）：1)点缺陷2)线缺陷3)面缺陷1）点缺陷—空位和间隙原子在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。
同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。
2）线缺陷—位错晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。
其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。
晶体中位错的数量通常用位错密度表示，位错密度是指单位体积内，位错线的总长度。
3）面缺陷——晶界和亚晶界实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。
材科成型成型及控制工程 材料科学与基础
晶粒取向及晶界的影响。 不同时性和相互协调性、细晶强化 4、理解加工硬化、细晶强化、第二相强化、固溶强化产生的原 因和它的实用意义 。
第六章 塑性变形与再结晶
三、塑性变形对金属组织与性能的影响。
• 纤维组织、亚结构细化、形变织构； • 加工硬化、残余应力。 四、回复、再结晶、晶粒长大中金属组织与性能的变化特点。
第一章 原子结构和晶体结构
决定材料性能的两个根本性问题：原子间的结合键和晶体结构 。 1、结合键 原子结合成分子或固体时，原子间产生的相互作用力，称为结 合键。 结合键分为5类： 离子键、共价键、金属键、分子键及氢键。 2、晶体结构 （1）基本概念： 空间点阵、晶格、晶胞、晶体、非晶体、单晶体、多晶体、 晶格常数、配位数、致密度（堆垛密度）；晶面、晶向、 晶面指数、晶向指数、晶面族、晶向族；各向异性、各向 同性
（ 3）掌握金属中常见的 bcc， fcc， hcp三种典型的 晶格类型。
晶格常数 原子半径 原子个数
配位数
体心立方 a
3 a 4
面心立方 a
2 a 4
密排六方 c/a=1.633
1 a 2
2
8
4
12
6
12
致密度
八面体间隙 四面体间隙 原子堆垛方式
0.68
0.155r(6)
0.74
0.414r(4)
第四章 固态扩散
一、基本概念 扩散系数、扩散激活能 二、扩散定律 dc J D( ) • 菲克第一定律： dx 适用于稳定扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比，且
扩散方向与浓度梯度方向相反。
2 c c • 菲克第二定律： D 2 x t
适用于非稳定扩散。
扩散的真正驱动力是扩散物质的化学势梯度，
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材料成形自动控制理论基础总结版1.自动控制是采用自动检测、信号调节、电动执行等自动化装置组成的闭环控制系统，它使各种被控变量保持在所要求的给定值上。
2.过程自动化是指在生产过程中，由多个自动控制系统组合成的复杂过程控制系统。
3.生产过程实现自动化的目的是：保证生产过程安全稳定；维持工序质量，用有限资源制造持久耐用的精美产品；在人力不能胜任的复杂快速工作场合中实现自动操作；把人从繁重枯燥的体力劳动中解放出来；不轻易受人的情绪和技术水平影响，按要求控制生产过程。
4.轧制生产过程的特点：(1)需要模型计算。
(2)控制项目众多。
(3)调节速度快。
(4)参数之间相互耦合影响。
(5) 控制结果综合性强。
5.轧制过程技术现状：(1) 轧钢生产日益连续化。
(2)轧制速度不断提高。
(3)生产过程计算机控制。
(4) 产品质量和精度高标准交货。
(5)操作者具有较高技术水平。
6.轧制自动化目前可以分为对过程的自动控制和对工艺过程的计算机系统控制两部分。
7.计算机控制内容又分为计算机配置方式、信息跟踪方式和动态在线控制算法以及分布计算机通讯网络四大部分。
8.中国冶金自动化的发展：(1) 在基础控制方面，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制。
(2)在控制算法上，重要回路控制一般采用PID算法。
(3)在电气传动方面，用于节能的交流变频技术普遍采用；国产大功率交直流传动装置在轧线上得到成功应用。
(4)在过程控制方面，计算机过程控制系统普及率有较大幅度提高。
9.自动控制是利用控制系统使被控对象或是生产过程自动按照预定的目标运转所进行的控制活动。
10.开环控制系统：输出量不会返回影响过程的直接控制系统。
11.闭环控制系统：将输出量反馈回来影响输人量的控制系统，或称为反馈控制系统。
12.自动控制系统：如果将自动检测信号与设定值进行比较，得到与目标信号的偏差，再利用运算控制器自动完成偏差信号调节和控制信号输出，最后由电动执行器完成调节任务，使偏差得到消除，就成为自动控制系统。
13.轧件厚度闭环自动控制系统：它是借助于测厚仪测出实际的轧出厚度，并转换成相应的电压信号，然后将它与所要求的目标厚度相当的电压信号进行比较，得到与厚度偏差相当的偏差信号。
偏差信号经放大器放大，控制可控桂导通角度，调节电动机通电时间，使压下螺丝向上或向下移动，从而使棍缝相应地改变。
14.复合控制系统：将开环和闭环系统合在一块进行控制的自动控制系统。
15.在机械运动系统中总是存在运动部件的惯性、与运动速度相关的摩擦阻力和工作负荷的大小不同，因而在自动控制过程中，它们会不同程度地使得执行机构的动作不能及时地随着输人信号变化。
16.系统的暂态品质：调节过程的快慢，振荡次数，以及振荡时被控量与给定值之间的最大误差。
17.控制系统静态是指被控制量不随时间变化的平衡状态，动态是指被控量随时间变化的不平衡状态。
18.自动控制系统的性能质量要求：稳定性、准确性、快速性。
19.PID控制：对偏差信号进行比例、积分和微分调节运算。
比例放大和微分是将偏差放大或通过微分给予短时间的强烈输出，这可以加快启动，减少死区。
积分是将偏差累积起来，进行调整，达到消除静差的目的。
减少比例放大或增加对象变动的阻尼可以减少震荡幅度,但也降低系统响应频率。
20.离散实际PID控制算法：(1)位置式。
(2)增量式。
(3)速度式。
21.调节器：是实现PID运算的专门装置，最初由模拟放大器组成，调节器面板上有参数调节旋钮。
22.执行器：是电力驱动的机械装置或受控的电力电源。
23.DDZ（电动组合仪表）：它是一整套具有各自单一功能的模拟电动控制仪表模块，包括调节器、加法器、开方器等。
它由控制单元和指示单元两部分组成。
24.模拟调节器功能单一，构成复杂，运算很不方便，逐步被数字调节器替代。
数宇调节器除完成一般运算和PID算法外，还扩展许多功能。
25.自动控制系统中，执行器起具体控制作用，调节器运算的结果依靠执行器完成控制过程。
电动执行器本身是个小闭环系统，它具有广泛含义，如轧钢大电机、打印机驱动步进电机。
它也有检测和比较环节。
如电动阀主体是由执行机构和调节阀两部分组成的，电动执行器使用电动机等动力来启闭调节阀。
26.数学模型：在有计算机控制的轧制过程中，数学模型是生产控制计算机的工作软件。
27.轧制计算机控制的生产过程中的数学模型特点：(1)生产过程由多个环节组成，初始环节偏差影响后续环节能否按照模型所设定的状态特性运行，数学模型的预报精度直接影响自动控制的效果。
(2)由于轧制过程表面摩擦、前后张力随机变化，模型参数不可能跟踪变化，这样即便静态模型准确，使用也不很准确。
需要自学习模型，而且已用模型及算法在一定阶段需要修改升级。
(3)随着计算能力提高，计算机辅助技术也大有发展。
28.常用的数学模型：(1)初等模型。
(2)简单的优化模型。
(3)微分方程模型。
(4)差分方程模型。
(5)数学规划模型。
(6)统计回归模型。
29.自适应：是将当前预报的设定值与刚得到的测量值进行比较，用它们的偏差校正数学模型系数，使数学模型与当前轧制状态相匹配，直到计算值与测量值相一致为止。
30.轧制采用自学习自适应的根本原因：在于影响数学模型实际应用精度的三方面因素。
一个因素是实际材料的不确定性；另外一个因素是轧机的变化；第三个因素是测量仪表的误差。
31.数学模型自学习的基本原理：在线自适应修正。
32.数学模型自学习的计算过程：(1)实际数据处理。
(2)自学习条件的判断。
(3)自学习系数的更新。
33.自学习的处理流程：(1) 采集实际数据。
(2)检査实际测量数据。
(3)计算实际测量数据的平均值。
(4)更新自学习系数。
34.神经网络的应用：用神经网络法预报轧制力，用神经网络法修正轧制力的预报值。
用神经网络法预报温度，用神经网络法修正温度模型的系数。
用神经网络法预报轧件的宽展。
用神经网络法进行带钢宽度的短行程控制。
用神经网络法进行带坯的优化剪切控制。
35.模拟轧钢：是L1级计算机启动，读取现场所有检测装置，但由L2级计算机仿真模拟给出各架轧机承受轧制力和张力的一种检验操作。
在无负荷试车阶段，该功能用于调试，在试运转阶段，用于快速检验。
36.在冶金工业中，轧制过程是复杂的多参数耦合影响过程，计算机运算处理能力强，正好满足轧制生产的需要。
计算机系统的应用不仅保证各工序环节的质量和数量，提高了生产效率，最重要的是大大改善了轧件尺寸精度和性能指标。
37.计算机控制水平高低的影响因素：计算机控制系统有不同布置方式、不同计算模型和算法选择、不同计算处理速度和通讯速度。
38.轧制行业计算机技术不断完善提高的表现：(1)系统结构逐步分散化。
(2)控制功能不断完善。
(3)控制范围不断扩大。
(4)控制速度不断提高。
39.DDC的缺陷：在实际轧制生产中发现，多架轧机有众多参数需要检测，大大占用接口时间，接口干扰多，维护时间长，一旦出现故障，全线停产，造成较大损失。
40.工业控制计算机的特点：(1) 可靠性高。
(2)任意扩大规模。
(3)多任务实时操作。
(4)采用专用键盘和面板。
41.总线式工业控制机（IPC)：计算机内数据线按照某种标准设计传输通道，包括主机板在内的各种I/O接口功能模块而组成的计算机。
42.PLC的功能：控制功能极为丰富，有逻辑运算功能，定时控制，计数控制，步进控制，A/D、D/A转换，数据处理，级间通讯等。
强大的多路通讯功能，完成前后轧机通讯和上位通讯。
43.西门子的PLC S7-300/400模块：(1) CPU模块。
(2)信号模块。
(3)特殊功能模块。
(4)接口模块。
(5)电源模块。
(6)编程设备。
44.PLC的特点：(1)可靠性高，抗干扰能力强。
(2)软件功能灵活，性能价格比高。
(3)硬件配套标准化，系统大小灵活，适应性强。
(4)编程方法简单易学。
(5)系统的设计、安装、调试工作量少。
(6) 维修工作量小，维修方便。
(7)体积小，能耗低。
45.直接数字控制系统（DDC）：—般是工业计算机通过测量端口对一个或多个物理量进行巡回检测，经过程输人通道输入计算机，并根据规定的控制规律和给定值进行运算，然后发出控制信号直接去控制执行机构，它适合有限项目的系统程序控制。
46.分布式计算机控制系统：也称为集散型计算机控制系统，简称集散型控制系统（DCS)。
它是利用上位中心计算机指挥其他执行具体控制任务的多个计算机，对数目较多的生产过程进行监视、操作、管理和分散控制。
47.轧制过程多级计算机控制系统结构：L0级也称数字传动级，它包括各种DDC/PLC控制的执行设备；L1级是SCC操作过程控制级，所有相关设备工作的状态控制；L2级称为模型控制级，主要按照产品要求和原料情况制定压下规程，并按照各工艺环节的数学模型进行预报运算；L3级生产控制级，它主要进行全系统生产的计划和调度，安排L2级和L1级进行工作；L4级是公司管理级，主要完成合同跟踪、成本核算、生产计划编制、各生产部门协调安排、作业计划的下发（L3级）、跟踪生产情况和质量情况。
48.轧制过程控制计算机运行可靠性：(1) 高度可靠性。
(2)使用备用机。
(3)数据共享。
(4)在线可维护性。
(5)软件还应有运行时间的监视，硬件方面采用的是带CPU主板的采集箱或采集柜。
49.在线实时控制：随着生产过程变动而进行控制的方式。
50.轧制过程控制计算机通讯：基于以太网的通讯和基于现场总线的通讯。
51.以太网还具有一些重大优点：应用广泛、成本低廉、高速通讯、资源丰富，并且可以很容易与其他网络实现连接。
52.现场总线控制系统的主要结构特点：现场总线系统可以把原先PLC 或到DCS系统放于控制室内控制器的控制模块、I/O模块等分散到各个现场中，它们之间的信号联系通过现场总线进行，实现了控制功能的彻底分散。
53.现场总线控制系统的主要技术特点：(1)系统的开放性。
(2)布线的简单性。
(3)控制的实时性。
(4) 工作的可靠性。
(5)功能的自治性。
(6)设备的互用性与互操作性。
54.现场总线的典型协议模型是采用了OSI模型中的物理层、数据链层和应用层，而省去了中间的3层，但考虑现场总线的通讯特点，还设置了一个现场总线访问子层。
55.连续铸钢能提高钢坯的收得率，节省能耗，减轻劳动强度，实现较高程度的自动化。
56.连铸机的形式主要有立式连铸、立弯式连铸、椭圆形连铸、旋转式连铸和弧形连铸。
目前常用的是弧形连铸机。
57.中间罐的作用：是保持一定的钢水量，从而使注入结晶器的钢水压力一定，使钢水中的夹杂物及渣子有机会上浮，还可以通过中间罐进行多流连铸及多炉连铸。
在必要时改变中间罐液面高度，也可以调节钢水温度。
58.浸入式水口的作用是：防止钢水氧化。
59.结晶器的作用：使钢水外层凝成外壳，从而使铸坯与结晶器脱离，并使润滑剂能加人到钢坯与结晶器钢壁之间。