基于压电迟滞模型的非共振椭圆振动切削装置控制研究

发布时间：2020-08-27 18:02

【摘要】：椭圆振动辅助精密切削加工中,为了降低压电迟滞效应对椭圆振动运动精度的影响,实现椭圆振动轨迹的高精度控制,本文针对非共振椭圆振动切削装置直接通过压电驱动器输出位移经过结构的传递与合成来实现椭圆振动轨迹输出的工作特点,对基于压电迟滞模型的非共振椭圆振动切削装置控制方法进行了研究,建立压电驱动器输入输出迟滞模型,并用所得模型设计控制器,实现非共振椭圆振动切削装置输出椭圆振动轨迹的精密控制与参数灵活调控。论文主要研究内容与成果如下:1.建立了非共振椭圆振动切削装置压电迟滞模型。根据一种常见结构形式的非共振椭圆振动切削装置,分析其轴向压电叠堆执行器表现出来的迟滞率相关特点,对传统PI模型进行了改进,采用二次规划算法辨识传统PI模型未知参数,然后采用粒子群算法对动态改进引入的参数进行辨识,求解得到了模型结果。2.设计了非共振椭圆振动切削装置的前馈控制方法和复合控制方法。根据对非共振椭圆振动切削装置轴向运动建立的压电迟滞模型设计了前馈控制器,并对装置进行了开环控制实验,为了进一步提高非共振椭圆振动切削装置的运动控制精度,在前馈控制器的基础上添加PID反馈环节构建复合控制方案。3.进行了非共振椭圆振动切削装置切削凹坑型织构形貌仿真建模研究。根据椭圆振动切削技术在微织构切削加工中的应用,对非共振椭圆振动切削装置切削凹坑型织构进行了形貌仿真建模,提取凹坑型织构的典型参数,分析非共振椭圆振动切削装置的振动参数对织构形貌的影响,为控制方法在非共振椭圆振动切削装置实际加工微织构应用中提供理论模型参照。4.开展了非共振椭圆振动切削装置复合控制下的凹坑型织构加工实验。实验中装置以复合控制方式工作于不同振动参数下,分别加工出不同形貌参数的织构表面,通过与相应的仿真形貌参数对比表明,非共振椭圆振动切削装置在复合控制下具有较高的微织构加工精度。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH161
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文际上由于大位移输出压电驱动器的限制，装下。由于非共振 EVC 装置直接通过压电驱动形成椭圆运动轨迹，不需激发装置复杂的共振装置在压电叠堆执行器允许的工作频率范围电叠堆执行器输出位移的幅值与相位差可以学的社本英二（Shamoto）教授在提出椭圆[16]，如图 1.1 所示。

（a） 图 1.2 Suzuki.N 等人研制的共总的来说，目前共振型的 EVC 装置输出的下的椭圆形刀轨，运动精度低，缺乏柔性，很难置及控制方法逐渐引起学者们的注意。美国北卡罗来纳州立大学的 T.A.Dow 教授并于 1999 年设计出非共振型的装置[21]，如图 驱动“T”形刀座实现椭圆振动运动。随后，实验，以及电镀铜表面的微织构加工实验，如构的适应性问题[22][23]。1 23 41压电驱动器1压电驱动器2刀柄压电驱动器1压电驱动器2运动原理图刀柄冷却室

驱动器2压电驱动器2压电驱动器1预紧螺栓人设计的两种非共振 EVC 装置压电叠堆执行器驱动柔性铰链放大结构来获得椭圆在对装置的输出迟滞与耦合测试显示，装置的运动关系，相互耦合量小于 2.9%。随后 Wu-Le Zhu 等行了频率 40Hz 的楔形微凹坑切削实验，如图 1.5（理论值的对比表明，非共振 EVC 装置在该控制器高。

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本文编号：2806434