主動(dòng)混合滑動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡控制技術(shù)研究.pdf

1、非圓異型截面零件的加工在機(jī)械制造行業(yè)中占據(jù)著一個(gè)重要的地位。本文以動(dòng)靜壓混合滑動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主軸運(yùn)動(dòng)軌跡控制為出發(fā)點(diǎn)，研究了主動(dòng)節(jié)流混合滑動(dòng)軸承系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡的控制技術(shù)，以期為非圓異型機(jī)械零件的加工提供一條新途徑，并相應(yīng)地進(jìn)行了有關(guān)的理論模型分析、仿真和實(shí)驗(yàn)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(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)裝置，首次提出了通過控制混合滑動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，來實(shí)現(xiàn)主軸的非圓定軌跡回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的

2、新思路，以期為非圓異型機(jī)械零件加工開辟新途徑。其實(shí)現(xiàn)思路是通過主動(dòng)伺服節(jié)流控制技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流入動(dòng)靜壓混合軸承油腔的流體流量和壓力，進(jìn)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(dá)到控制主軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和軌跡的目的。 進(jìn)行了動(dòng)靜壓混合軸承系統(tǒng)的基本理論研究?；诘湫偷?油腔動(dòng)靜壓混合軸承-主軸系統(tǒng)，研究建立了主動(dòng)滑動(dòng)軸承系統(tǒng)的理論模型，建立了主軸的運(yùn)動(dòng)模型和動(dòng)力學(xué)模型，導(dǎo)出了主軸傾轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)建立了一種適用的液壓伺服控制結(jié)構(gòu)，并相應(yīng)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(dòng)靜壓混合軸承的可控性，為軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)其靜動(dòng)態(tài)特性和可控性的影響。研究表明，軸承油腔面積對(duì)軸承的可控性有較為明顯的影響，其中油腔軸向?qū)挾?/p>

4、的影響尤為顯著。隨著油腔尺寸的增加，軸承的靜壓效應(yīng)增強(qiáng)，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(duì)軸承的可控性系數(shù)影響不大，但對(duì)油膜的剛度、阻尼系數(shù)有較大影響，同樣會(huì)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(yīng)變結(jié)構(gòu)滑?？刂品椒ā；赥-S動(dòng)態(tài)模糊模型的系統(tǒng)分析方法，采用多個(gè)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(gòu)建滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)，

5、克服一般非線性動(dòng)力學(xué)分析和求解的困難，有效改善模型的不確定性。進(jìn)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(hào)，且在線自適應(yīng)調(diào)整模糊集合的參數(shù)，以補(bǔ)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(duì)主動(dòng)混合軸承-轉(zhuǎn)子軌跡控制的仿真計(jì)算研究，驗(yàn)證了方法的有效性，在系統(tǒng)外部擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)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(qiáng)的魯棒性，而且沒有出現(xiàn)抖振現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)于無等效控制項(xiàng)方式的滑?？刂埔策M(jìn)行了

6、仿真研究，其應(yīng)用效果并無明顯下降，而且更易于實(shí)現(xiàn)。 研究了混合軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軌跡跟蹤的離散變結(jié)構(gòu)滑?？刂品椒??；谙到y(tǒng)的線性化模型，采用離散趨近律的滑模到達(dá)條件，以一種在線估計(jì)的方法來預(yù)測(cè)系統(tǒng)的不確定性，并將其引入滑?？刂扑惴ㄖ校瑫r(shí)給出一種自適應(yīng)策略，在線調(diào)整離散趨近律參數(shù)，從而可以抵消掉系統(tǒng)的慢時(shí)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(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)區(qū)帶的寬度。仿真結(jié)果表明，本方法對(duì)慢時(shí)變的系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)和外部擾動(dòng)具

7、有較強(qiáng)的魯棒性，主軸的軌跡跟蹤具有比較滿意的效果。 設(shè)計(jì)研制了混合軸承系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了軸承-轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡控制的實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)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(xiàng)的連續(xù)滑?？刂品椒?，并對(duì)比研究了PID控制器的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滑?？刂品椒ㄐЧ麅?yōu)于PID方法。在低速旋轉(zhuǎn)情形下，主軸的振動(dòng)響應(yīng)得到有效降低，得到了比較滿意的軸心軌跡跟蹤結(jié)果，驗(yàn)證了本文所提非圓軌跡控制方法的可行性，并發(fā)現(xiàn)