橢圓軌跡成形方法與控制技術(shù)研究.pdf

1、研究了基于運動合成的橢圓內(nèi)曲面成形方法，重點開展靜壓主軸橢圓軸心軌跡控制技術(shù)研究。構(gòu)建了基于新型靜壓軸承和新型伺服節(jié)流閥的液壓控制系統(tǒng);研究了新型軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及新型伺服閥節(jié)流系統(tǒng)的動力學(xué)特性和控制特性;研究了橢圓軸心軌跡的控制技術(shù)和方法。為橢圓內(nèi)曲面加工新方法的實現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　開展了橢圓內(nèi)曲面運動成形基礎(chǔ)理論研究，并詳細闡述了其實現(xiàn)方案和成形原理。研究了多種軸心公轉(zhuǎn)軌跡與刀尖自轉(zhuǎn)軌跡進行合成時形成橢圓刀尖軌跡的必要與充

2、分條件;研究了刀具初始相位角對形成橢圓刀尖軌跡的影響;給出了多種軸心公轉(zhuǎn)軌跡和不同刀具初始相位角下形成橢圓刀尖軌跡的特征和控制方程。
　　針對橢圓軸心軌跡的空間要求，開展了橢圓廓形靜壓軸承的理論研究，給出了其雷諾方程和流量連續(xù)性方程等基礎(chǔ)性方程及計算方法。提出了動壓比的概念來衡量封油面上動壓效應(yīng)的大小，并對主軸軸心在新型靜壓軸承內(nèi)運動軌跡為小橢圓時的動壓比進行了仿真計算。利用偏導(dǎo)數(shù)法研究了半徑間隙和橢圓度對新型靜壓軸承靜動態(tài)特性參

3、數(shù)的影響。
　　設(shè)計了一種基于壓電陶瓷的新型伺服節(jié)流閥，可以彌補普通電液伺服閥頻響較低的缺點。基于新型油腔嵌套式軸承及新型伺服節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了軸心運動軌跡的液壓控制系統(tǒng)。對新型節(jié)流閥的流量公式進行了仿真擬合。利用基于貝葉斯正則算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對壓電陶瓷的位移輸出進行了仿真預(yù)測。根據(jù)動壓效應(yīng)的研究結(jié)果對封油面上的油膜力分布進行線性化處理，利用流量平衡方程以及高斯—勒讓德積分公式得到了承載油腔以及控制油腔的壓力計算公式，這種簡化

4、計算方法既簡單又可以大大節(jié)省計算時間。仿真計算了軸心期望運動軌跡與新型節(jié)流閥控制電壓的定量關(guān)系。
　　利用最優(yōu)控制理論對主軸軸心公轉(zhuǎn)軌跡為橢圓的問題進行了最優(yōu)控制建模。建立了基于新型靜壓軸承的軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并以軸心位置坐標(biāo)為待優(yōu)化的狀態(tài)變量，控制外力（這里為油膜合力）為控制變量，以待優(yōu)化的軸心坐標(biāo)與期望軸心坐標(biāo)的偏差作為性能指標(biāo)，得到系統(tǒng)的最優(yōu)控制模型。求解勒讓德零點以及對狀態(tài)變量和控制變量近似化，通過高斯偽譜法將最

5、優(yōu)控制問題又轉(zhuǎn)化成了非線性規(guī)劃問題，最后通過序列二次規(guī)劃法仿真得到了軸心運動軌跡的最優(yōu)控制參數(shù)。仿真結(jié)果表明軸心的優(yōu)化位置坐標(biāo)與期望位置坐標(biāo)非常接近，高斯偽譜法精度較高且可以應(yīng)用在軸心運動軌跡的最優(yōu)控制上。
　　對主軸軸心的運動軌跡進行了開環(huán)控制仿真研究。利用軸心期望軌跡與新型節(jié)流閥控制電壓的定量關(guān)系，通過歐拉方法迭代得到軸心的開環(huán)控制仿真軌跡。仿真得到軸心軌跡為不同橢圓度的橢圓時開環(huán)控制軌跡圖，并對有瞬態(tài)干擾力時開環(huán)控制的軸心運

6、動軌跡也進行了仿真。仿真結(jié)果表明開環(huán)控制方法不但可以控制軸心運動軌跡為不同橢圓度的小橢圓，還可以在系統(tǒng)受到干擾時保持較好的魯棒性。
　　對新型壓電伺服節(jié)流閥以及油腔嵌套式軸承系統(tǒng)分別進行了動力學(xué)建模，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并進行了前饋解耦。基于軸心期望運動軌跡的周期性特點，采用重復(fù)控制算法對系統(tǒng)進行了閉環(huán)控制仿真。在MATLAB的simulink環(huán)境下對系統(tǒng)進行建模，利用設(shè)計的重復(fù)控制器對軸心運動軌跡進行了閉環(huán)控制的仿真研究。仿真結(jié)