切削振動(dòng)時(shí)滯主動(dòng)控制研究.pdf

1、切削作為一種主要的金屬加工方式,廣泛地存在現(xiàn)代制造業(yè)中。切削加工中的振動(dòng),尤其是顫振是制約其加工效率與精度的主要因素之一。為了提高加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率,有必要對切削振動(dòng)實(shí)現(xiàn)有效地控制。
　　本文將以車削和銑削過程為研究對象,建立一個(gè)具有時(shí)滯特性的系統(tǒng)加工動(dòng)力學(xué)方程。由于切削動(dòng)力學(xué)方程是具有時(shí)滯的微分方程,具有無窮多個(gè)特征根,全部求解其特征根具有非常大的難度。本文首先使用特征根方法討論傳統(tǒng)的單時(shí)滯反饋控在車削過程中的穩(wěn)定域問題;在此基

2、礎(chǔ)上,對單時(shí)滯反饋控制進(jìn)行了時(shí)域仿真,指出了其優(yōu)點(diǎn)和不足。然后利用離散法,將車削動(dòng)力學(xué)方程等效為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的離散狀態(tài)空間方程,基于線性二次型最優(yōu)控制原理設(shè)計(jì)多時(shí)滯控制器,并對控制效果進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證。結(jié)果證明文中提出的時(shí)滯主動(dòng)控制器能有效提高車削過程的穩(wěn)定性,擴(kuò)大穩(wěn)定切削區(qū)域。同時(shí)討論了控制時(shí)滯對控制效率及控制力的影響。
　　相比于車削過程,銑削過程的復(fù)雜性不僅在于系統(tǒng)中時(shí)滯的存在,還在于由于銑削過程中刀齒旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)的周期性,這導(dǎo)

3、致銑削動(dòng)力學(xué)方程中的系數(shù)呈周期性變化。本文首先上使用半離散法討論了狀態(tài)時(shí)滯控制在銑削過程中的可行性;然后將銑削動(dòng)力學(xué)方程的時(shí)變周期系數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行平均化處理,使之成為定常系數(shù)的時(shí)滯微分方程,基于此設(shè)計(jì)了雙時(shí)滯主動(dòng)控制器。隨后討論了雙時(shí)滯在銑削振動(dòng)控制中對控制效率的影響,并探討了時(shí)滯不穩(wěn)定區(qū)域與銑削系統(tǒng)分叉特性之間的聯(lián)系。同時(shí)發(fā)現(xiàn)銑削系統(tǒng)在特定轉(zhuǎn)速下發(fā)生倍周期分叉時(shí),時(shí)滯控制器將會(huì)失效。為了解決這一問題,文中將最低控制目標(biāo)調(diào)整為定值,