基于模型预测控制的切削参数优化研究

发布时间：2017-08-08 07:30

  本文关键词：基于模型预测控制的切削参数优化研究

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【摘要】：模型预测控制方法是从生产实践中提炼出来的一类基于计算机优化的控制算法,以其对约束处理能力强、鲁棒性强、能方便适用于多输入多输出系统等优点,广泛应用于各类工业生产过程中。随着模型预测控制理论的不断发展,其应用研究也越来越热门,应用领域也在不断拓展。本论文以实际生产过程为背景,基于模型预测控制的滚动不变时域优化策略和滚动缩减时域优化策略,对多次走刀切削参数优化问题进行了深入研究和探讨,并取得了一些研究成果,具体如下：本文针对多次走刀切削参数优化问题,首先通过设计车削切削力实验来获得相关实验数据并运用仿真实验来验证其有效性,然后通过多元线性回归方法确定指数切削力预测模型并将其应用到所建立的基于模型预测控制策略的多次走刀切削参数优化模型中。该切削参数优化模型是以生产率及单位切除体积生产成本为目标函数,相关技术指标为约束条件,属于多目标、多变量、非线性优化问题,文中分别采用宽容分层序列法及内点法对所建模型进行处理并求解。在切削参数优化过程中,滚动不变时域和滚动缩减时域优化策略都得以应用,从而使整个切削过程能够获得每次走刀的最优切削参数,包括背吃刀量、进给量及主轴转速。仿真分析中,将两种不同策略下的优化结果进行对比,证明了本文所提出的策略不仅求解复杂度低,而且还能够获得使数控机床的生产率更高、生产成本更低的切削参数组合。
【关键词】：切削力 仿真分析 模型预测控制 切削参数 多目标优化
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TG506
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 模型预测控制10-17
• 1.2.1 模型预测控制基本原理10-12
• 1.2.2 有约束的模型预测控制12-15
• 1.2.3 模型预测控制研究现状15-17
• 1.3 切削参数优化17-20
• 1.3.1 切削参数优化简介及特点17-18
• 1.3.2 切削参数优化的国内外研究现状18-20
• 1.4 本论文研究的问题和贡献20-21
• 1.5 论文基本框架21-23
• 2 切削力实验研究23-32
• 2.1 切削实验设备介绍23-26
• 2.2 切削实验过程26-29
• 2.3 车削实验数据采集过程介绍29-30
• 2.4 切削实验结果30-32
• 3 车削过程仿真分析32-41
• 3.1 车削过程建模32-33
• 3.2 仿真结果分析33-41
• 4 切削力模型41-47
• 4.1 切削力的来源41-42
• 4.2 切削力经验公式42-43
• 4.3 切削力预测模型的建立43-45
• 4.4 实验的统一性验证45-47
• 5 基于模型预测控制的多次走刀切削参数优化研究47-66
• 5.1 多次走刀切削参数优化模型的建立47-55
• 5.1.1 模型的优化目标47-51
• 5.1.2 优化变量选择51
• 5.1.3 约束条件51-54
• 5.1.4 模型的建立54-55
• 5.2 多目标优化模型处理及求解方法55-57
• 5.2.1 多目标优化模型的处理55-57
• 5.2.2 模型的求解57
• 5.3 模型预测控制策略57-60
• 5.3.1 模型预测控制57-58
• 5.3.2 模型预测控制策略的介绍58-60
• 5.3.3 基于模型预测控制策略求解步骤60
• 5.4 优化仿真实例60-66
• 5.4.1 基本参数60-62
• 5.4.2 仿真结果分析62-66
• 6 结论与今后研究的展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 今后研究的展望66-68
• 参考文献68-72
• 附录A 优化算法程序72-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

【参考文献】

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本文编号：638831