基于智能控制策略的切削顫振抑制研究.pdf

1、切削顫振是機(jī)械加工過(guò)程中機(jī)床、工件和刀具之間發(fā)生的一種強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，是一種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。在機(jī)械加工中，切削顫振不僅影響工件的加工精度，降低加工效率，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)床部件和刀具的損壞，產(chǎn)生噪聲，污染環(huán)境。特別是高速高精加工過(guò)程中，顫振具有很大的危害，必須加以抑制。
　　 被動(dòng)控制是傳統(tǒng)的機(jī)床切削顫振控制方法，近三十年借助于現(xiàn)代控制理論以及新型傳感器、先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展形成了利用主動(dòng)或半主動(dòng)執(zhí)行器來(lái)抑制切削顫振的方法

2、。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)切削顫振的主動(dòng)和半主動(dòng)控制技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。
　　 本文的主要工作是研究集中質(zhì)量系統(tǒng)和連續(xù)分布質(zhì)量系統(tǒng)的切削顫振模型，以及應(yīng)用壓電智能材料并結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制對(duì)顫振進(jìn)行主動(dòng)抑制的方法。
　　 首先從切削顫振的發(fā)生機(jī)理以及集中質(zhì)量系統(tǒng)的切削顫振運(yùn)動(dòng)微分方程出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件進(jìn)行了分析，討論了極限切削寬度與切削穩(wěn)定性之間的密切關(guān)系，以及系統(tǒng)各種動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)顫振穩(wěn)定性的影響，以作為消除

3、和減弱顫振的理論基礎(chǔ)。同時(shí)利用MATLAB/SIMULINK對(duì)切削顫振進(jìn)行了時(shí)域仿真，表明了理論分析結(jié)論的正確性。進(jìn)一步推導(dǎo)了最小極限切削寬度的計(jì)算公式。
　　 然后考慮到集中參數(shù)模型的局限性，以鏜削顫振抑制問(wèn)題為背景，將鏜桿—鏜刀視為受顫振力激勵(lì)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，同時(shí)將壓電片附加于鏜桿而形成壓電智能梁，以實(shí)現(xiàn)對(duì)切削顫振的主動(dòng)抑制;通過(guò)將壓電傳感器、作動(dòng)器方程和懸臂梁的振動(dòng)微分方程相結(jié)合，建立了具有連續(xù)分布質(zhì)量的壓電智能切削顫振抑制

4、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。進(jìn)一步討論了應(yīng)用傳遞矩陣法求解粘貼壓電片的階梯梁的振動(dòng)模態(tài)問(wèn)題，以及壓電片的尺寸、位置、數(shù)量等對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響。
　　 最后重點(diǎn)研究了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與經(jīng)典PID控制相結(jié)合的智能控制策略，通過(guò)對(duì)該策略的理論解析與推導(dǎo)能夠發(fā)現(xiàn)它繼承了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)典PID兩者的優(yōu)點(diǎn)，為切削顫振的智能控制提供了新的方法。繼而在MATLAB中分別利用經(jīng)典PID和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID對(duì)壓電智能切削顫振抑制系統(tǒng)進(jìn)行控制仿真，分析結(jié)果表明，和