切削振動時滯主動控制研究.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,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,有必要對切削振動實現(xiàn)有效地控制。
　　本文將以車削和銑削過程為研究對象,建立一個具有時滯特性的系統(tǒng)加工動力學方程。由于切削動力學方程是具有時滯的微分方程,具有無窮多個特征根,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,對單時滯反饋控制進行了時域仿真,指出了其優(yōu)點和不足。然后利用離散法,將車削動力學方程等效為一個標準的離散狀態(tài)空間方程,基于線性二次型最優(yōu)控制原理設(shè)計多時滯控制器,并對控制效果進行數(shù)值模擬驗證。結(jié)果證明文中提出的時滯主動控制器能有效提高車削過程的穩(wěn)定性,擴大穩(wěn)定切削區(qū)域。同時討論了控制時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)中時滯的存在,還在于由于銑削過程中刀齒旋轉(zhuǎn)切削運動的周期性,這導(dǎo)

3、致銑削動力學方程中的系數(shù)呈周期性變化。本文首先上使用半離散法討論了狀態(tài)時滯控制在銑削過程中的可行性;然后將銑削動力學方程的時變周期系數(shù)在一個周期內(nèi)進行平均化處理,使之成為定常系數(shù)的時滯微分方程,基于此設(shè)計了雙時滯主動控制器。隨后討論了雙時滯在銑削振動控制中對控制效率的影響,并探討了時滯不穩(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,時滯控制器將會失效。為了解決這一問題,文中將最低控制目標調(diào)整為定值,