主動混合滑動軸承-轉子系統(tǒng)運動軌跡控制技術研究.pdf

1、非圓異型截面零件的加工在機械制造行業(yè)中占據(jù)著一個重要的地位。本文以動靜壓混合滑動軸承-轉子系統(tǒng)的主軸運動軌跡控制為出發(fā)點，研究了主動節(jié)流混合滑動軸承系統(tǒng)及其轉子運動軌跡的控制技術，以期為非圓異型機械零件的加工提供一條新途徑，并相應地進行了有關的理論模型分析、仿真和實驗研究。 綜合分析了傳統(tǒng)的非圓零件加工和數(shù)控加工方法及各種微進給伺服機構裝置，首次提出了通過控制混合滑動軸承-轉子系統(tǒng)運動軌跡的方法，來實現(xiàn)主軸的非圓定軌跡回轉運動的

2、新思路，以期為非圓異型機械零件加工開辟新途徑。其實現(xiàn)思路是通過主動伺服節(jié)流控制技術，實時調節(jié)流入動靜壓混合軸承油腔的流體流量和壓力，進而影響軸承封油面上的油膜壓力分布，得到可控的油膜合力，以達到控制主軸的運動狀態(tài)和軌跡的目的。 進行了動靜壓混合軸承系統(tǒng)的基本理論研究?；诘湫偷?油腔動靜壓混合軸承-主軸系統(tǒng)，研究建立了主動滑動軸承系統(tǒng)的理論模型，建立了主軸的運動模型和動力學模型，導出了主軸傾轉情形下軸承油膜壓力分布的Revnol

3、ds方程和小孔節(jié)流軸承各油腔的流量平衡方程。設計建立了一種適用的液壓伺服控制結構，并相應地給出了雷諾方程邊界條件的修正方式。為全文的研究工作提供了基本模型。 研究了動靜壓混合軸承的可控性，為軸承系統(tǒng)設計提供理論依據(jù)?；谳S承的局部線性化模型，提出了一種可控性系數(shù)的概念來衡量混合軸承的可控性能，并分析研究了典型的4油腔混合軸承的參數(shù)對其靜動態(tài)特性和可控性的影響。研究表明，軸承油腔面積對軸承的可控性有較為明顯的影響，其中油腔軸向寬度

4、的影響尤為顯著。隨著油腔尺寸的增加，軸承的靜壓效應增強，軸承的可控性得到明顯提高。軸承的同心節(jié)流比以及速度參數(shù)、節(jié)流器類型對軸承的可控性系數(shù)影響不大，但對油膜的剛度、阻尼系數(shù)有較大影響，同樣會影響到軸承的可控性。 研究了混合軸承系統(tǒng)基于模糊邏輯的自適應變結構滑?？刂品椒ā；赥-S動態(tài)模糊模型的系統(tǒng)分析方法，采用多個局部線性模型來近似逼近系統(tǒng)的整體非線性模型，得以用線性化的分析方法和較小的控制增益來構建滑模變結構控制(SMC)，

5、克服一般非線性動力學分析和求解的困難，有效改善模型的不確定性。進一步又采用模糊邏輯系統(tǒng)方法來逼近SMC中不連續(xù)的控制信號，且在線自適應調整模糊集合的參數(shù)，以補償系統(tǒng)的不確定界，改善傳統(tǒng)SMC中因控制切換所引起的抖振。通過對主動混合軸承-轉子軌跡控制的仿真計算研究，驗證了方法的有效性，在系統(tǒng)外部擾動和參數(shù)攝動情形下，主軸的軌跡跟蹤均表現(xiàn)出了比較滿意的效果，具有較強的魯棒性，而且沒有出現(xiàn)抖振現(xiàn)象。同時，對于無等效控制項方式的滑模控制也進行了

6、仿真研究，其應用效果并無明顯下降，而且更易于實現(xiàn)。 研究了混合軸承-轉子系統(tǒng)軌跡跟蹤的離散變結構滑?？刂品椒ā；谙到y(tǒng)的線性化模型，采用離散趨近律的滑模到達條件，以一種在線估計的方法來預測系統(tǒng)的不確定性，并將其引入滑模控制算法中，同時給出一種自適應策略，在線調整離散趨近律參數(shù)，從而可以抵消掉系統(tǒng)的慢時變不確定量，以較低的控制增益獲得系統(tǒng)的魯棒性，有效降低準滑動模態(tài)區(qū)帶的寬度。仿真結果表明，本方法對慢時變的系統(tǒng)參數(shù)攝動和外部擾動具

7、有較強的魯棒性，主軸的軌跡跟蹤具有比較滿意的效果。 設計研制了混合軸承系統(tǒng)實驗平臺，進行了軸承-轉子運動軌跡控制的實驗研究。設計制造了一種典型的4油腔混合軸承，研制了適用的液壓伺服控制系統(tǒng)。采用了無等效控制項的連續(xù)滑?？刂品椒ǎΡ妊芯苛薖ID控制器的效果。實驗結果表明，滑?？刂品椒ㄐЧ麅?yōu)于PID方法。在低速旋轉情形下，主軸的振動響應得到有效降低，得到了比較滿意的軸心軌跡跟蹤結果，驗證了本文所提非圓軌跡控制方法的可行性，并發(fā)現(xiàn)