光彈流潤滑實驗中智能速度伺服控制的研究與應用.pdf

1、彈性流體動力潤滑（簡稱彈流潤滑）為點、線接觸機械零部件的主要潤滑形式，其油膜厚度與形狀是決定機械零部件潤滑效率的主要因素。受各種因素的影響，機械零部件的彈流潤滑油膜形狀和厚度在工作期間通常是動態(tài)多變的。近年來，彈流潤滑的實驗研究，特別是動態(tài)條件下的油膜測量，已成為提高機械零部件潤滑效率的研究熱點。目前在非穩(wěn)態(tài)條件和自旋條件下的彈流潤滑實驗中，尚存在測量裝置的伺服控制手段簡單和實際運動控制效果與實驗設計存在較大差別等問題。為此，對現(xiàn)有變速

2、變載等非穩(wěn)態(tài)條件和自旋條件下的彈流潤滑油膜測量裝置的控制系統(tǒng)和控制算法進行改進，對于提高彈流油膜測量系統(tǒng)的測量精度，以及進一步探索苛刻條件下彈流潤滑的基礎(chǔ)實驗研究和理論分析有較好的實際意義。 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，為高精度彈流潤滑油膜測量系統(tǒng)的研制提供了強有力的軟硬件支持。在回顧彈流潤滑研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了目前國內(nèi)外學者主要采用的彈流潤滑實驗研究方法。根據(jù)彈流潤滑油膜測量系統(tǒng)對速度控制的特殊精度要求，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)提出了

3、一種基于智能運動控制理論的彈流潤滑實驗伺服運動控制方法，對光干涉彈流油膜測量儀和光干涉自旋彈流油膜測量儀的運動控制系統(tǒng)進行改進，以探索非穩(wěn)態(tài)和自旋條件下彈流潤滑的真實工作狀況，并在預定運動方式下開展彈流油膜厚度和形狀隨速度、載荷和旋滑比等因素變化的實驗研究。 在光干涉彈流油膜測量系統(tǒng)中，速度伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響速度伺服系統(tǒng)性能的主要因素，且具有時變性和不確定性，采用單一的控制策略很難達到提高速度伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能的

4、目的。在綜合自適應控制、模糊控制以及常規(guī)PID控制算法優(yōu)點的基礎(chǔ)上，按照模塊化設計原則設計出自適應模糊PID（Self-adaptive Fuzzy PID，SAF-PID）智能雙模伺服控制算法，對在不同工作狀態(tài)下的模糊控制比例因子和規(guī)則因子利用Matlab仿真軟件進行優(yōu)化選擇調(diào)整，使得整個控制器能夠根據(jù)系統(tǒng)在不同的響應階段和性能指標，自動調(diào)整控制參數(shù)、自動切換控制算法，以適應速度伺服系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下的動態(tài)性能要求。 為驗

5、證本研究設計的SAF-PID智能雙模速度伺服控制算法的有效性，首先利用Matlab仿真軟件對速度伺服系統(tǒng)在實際工況下的性能進行模擬分析：通過仿真智能雙?？刂破鞯碾A躍響應曲線和誤差響應曲線驗證整個控制算法的快速性、穩(wěn)定性和準確性；通過人為在不同時間段加若干不同程度的干擾信號模擬控制結(jié)構(gòu)參數(shù)和負載質(zhì)量等主要參數(shù)的時變性和不確定性，以此驗證整個控制器在不同響應階段的控制參數(shù)自動調(diào)整、控制算法切換、系統(tǒng)的跟隨精度和速度伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。將此

6、智能速度伺服控制算法用于控制純滑動條件下的彈流潤滑啟動過程，以期與經(jīng)典的實驗結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果相比較，初步驗證算法的有效性。 將SAF-PID智能雙?？刂扑惴ㄓ糜诠飧缮鎻椓饔湍y量儀，在周期間歇卷吸條件下開展了彈流潤滑的實驗研究，發(fā)現(xiàn)了以下問題：周期性的間歇卷吸運動導致彈流接觸區(qū)存在明顯的封油現(xiàn)象；啟動過程的速度干擾效應可產(chǎn)生局部增厚油膜，該局部油膜以卷吸速度通過赫茲接觸區(qū)；在動態(tài)間歇卷吸條件下界面滑移仍可產(chǎn)生入口凹陷：入口凹陷

7、的出現(xiàn)與速度和一個周期的高速段的持續(xù)時間有關(guān)；間歇卷吸運動中滑移產(chǎn)生的凹陷不隨表面移動。 在光干涉自旋彈流油膜測量儀上應用SAF-PID智能速度伺服控制算法，研究了自旋對油膜形成過程的影響并得出以下結(jié)論：通過實驗驗證了在傳統(tǒng)滾動/滑動彈流潤滑研究時鋼球．玻璃盤接觸條件下的自旋運動可以通過調(diào)節(jié)球盤接觸中心與旋轉(zhuǎn)中心間的偏心距的大小來進行抑制，并且旋滑比的大小亦由偏心距來控制；當旋滑比增大時，傳統(tǒng)彈流潤滑研究所觀測到的經(jīng)典馬蹄型油膜