万吨级重型制造装备支撑航空航天、国防等装备发展，在重大战略工程与国防建设中发挥不可替代的作用，是国家关键制造能力和国力的一个重要表征。

重型制造装备需要承载数万吨级巨大载荷，由超大流量多缸驱动，其超大惯量运动、复杂耦合与强非线性对高精度运行控制与安全提出了严峻挑战。

实验室项目组系统研究了多台国宝级重型装备的运行与控制。提出了重型装备的极低速稳定运行控制方法，实现了0.005mm/s的极低速稳定运行；提出了制造过程的变速率控制方法与混合同步平衡技术；建立了锻造过程“工艺-装备”一体化模型，实现了大型构件成形过程的高精度控制。

为800MN、300MN模锻压机与125MN挤压机的高精度运行与大规格高性能产品制造、保障国宝级装备安全运行提供了关键理论与技术。具体研究进展包括以下几个方面：

1.提出了重型装备的极低速运动的稳定控制方法与驱动技术

针对超大惯量装备极低速运行时极易出现爬行或速度抖动等问题，建立了装备低速非线性动力学模型，确定了稳定运行条件，提出了鲁棒自适应控制方法，实现了重型装备极低速稳定运行。

（1）揭示了重型装备低速运行时的非线性动力学行为

开发了重型装备极低速驱动系统，揭示了非线性动力学特性规律，发现了液压非线性和摩擦非线性是影响低速稳定性的关键因素。

a)液压刚度的影响 b）摩擦力的影响

主共振情况下模锻压机的幅频特性

a)液压刚度的影响 b）摩擦力的影响 组合共振的幅频特性

亚谐共振的幅频特性

（2）揭示了重型装备极低速运行的稳定性条件

l建立了复杂锻件成形全过程的负载力模型

根据变形特征将锻造过程分为多个子阶段并分别建立负载模型，根据连续性条件实现模型集成并在线辨识模型参数，获得了全过程负载模型。

• 揭示了低速成形过程装备稳定运行条件

结合负载力模型及低速摩擦力模型，建立了重型装备运行过程的非线性模型，掌握了大型装备低速运行规律，揭示了低速稳定运行、震荡与爬行的条件。

低速成形过程压机速度的理论解与稳定运行条件

（3）提出了重型装备低速成形过程的自适应鲁棒控制策略

采用不同的控制器分别控制机液耦合子系统和电液耦合子系统，对非线性摩擦进行补偿，利用非线性干扰观测器跟踪误差和扰动，提出了自适应鲁棒控制策略，实现了0.005mm/s的极低速稳定运行。

带有补偿器和子控制器的鲁棒自适应控制

2.提出了大型锻件成形过程的变速率控制与混合同步平衡控制方法

为了实现锻压过程大行程变速率平稳驱动，提出了锻压过程鲁棒建模与控制方法，建立了混合同步平衡控制策略，实现了锻压全过程的高精度运动控制。

（1）提出了锻件成形全过程的建模方法

把运行过程分成多个局部子段并分别建模，通过加权连接局部模型以构建全局模型，实现了全锻造过程预测。

全行程建模方法 基于在线极限学习机的近似逆控制方法

（2）提出了锻件成形过程的变速度稳定控制方法

提出了基于在线建模的近似逆控制方法：将逆控制器设计与在线建模相结合，提出了在线极限学习机的近似逆控制方法，实现了时变系统精确控制。

（3）提出了锻件成形过程的混合同步平衡控制策略

为了平衡制造过程的偏载，提出了从缸跟踪领缸的混合同步控制策略：同步缸压差值较小，采用被动平衡方法以提高精度；压差值突变或超限时，以提高纠偏响应速度为目标，采用“主动+被动”结合的混合同步控制方法。实现了同步误差<1.5mm/m。

3.提出了制造过程工艺与装备耦合的建模方法与高性能成形控制技术

（1）提出了“装备运行-材料成形”过程耦合的多学科建模方法

针对重型装备的超静定冗余结构，提出了“以柔代刚、以力代副、独立约束”的建模方法，建立装备多体动力学模型，实现“装备运行-材料成形”实时耦合分析，预测锻件应力分布，优化工艺参数。

“装备运行-材料成形”耦合的多学科集成模型与计算

(a) 800MN压机的实时应力分布 (b)起落架锻件实时应力分布

实时耦合分析获得的装备与锻件应力分布

（2）基于力-位移协同控制的起落架外筒锻件整体成形制造

结合“工艺与装备”耦合模型，提出了力-位移协同控制策略。应用于800MN模锻压机，完成了起落架外筒等锻件制造，晶粒度达到8级，锻件低倍流线随形。压机驱动平稳，速度切换时快速回复稳定；活动横梁最大倾斜量1.2mm（要求<2.0mm），平衡精度0.12mm/m（要求<0.2mm/m）。

起落架外筒模锻过程 起落架外筒终锻件 起落架外筒锻件的流线随形

压机活动横梁最大倾斜量

4、成果影响与工业应用

发表SCI论文72篇，获国家授权专利33项，获国家自然科学二等奖1项，国家科技进步二等奖1项，省部级特等奖1项、一等奖2项。

成果应用于800MN模锻压机、300MN模锻压机与125MN挤压机的运行控制与构件制造，显著提升了装备运行精度与性能。800MN模锻压机的制造载荷最高达950MN，实现了优异的速度、压力和位置控制精度，达到世界领先水平；完成了C919起落架外筒、大运斜支柱、燃气轮机涡轮盘等关键锻件制造，第三方检测表明其各项性能指标充分达到技术要求，断裂韧性提高37%以上。