【摘要】：光學(xué)自由曲面、微結(jié)構(gòu)功能表面零件等超精密零件因其優(yōu)越的光學(xué)性能和特殊的物理特性被廣泛的應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)甚至民用等領(lǐng)域,而基于快速刀具伺服系統(tǒng)(Fast Tool Servo,FTS)的金剛石車削技術(shù)可以只經(jīng)過(guò)一次性加工操作后便高效車削出高精度高質(zhì)量的曲面,效率高且成本低,受到廣泛的關(guān)注。超精密零件的加工要求FTS對(duì)高頻周期性信號(hào)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的跟蹤控制,基于此,本論文選擇音圈直線電機(jī)(Voice Coil Linear Actuator,VCLA)作為FTS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)并進(jìn)行相應(yīng)的控制策略研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,收集并查閱了大量相關(guān)文獻(xiàn),掌握了國(guó)內(nèi)外FTS的主要驅(qū)動(dòng)方式以及相關(guān)控制策略的最新進(jìn)展和研究動(dòng)向。在此基礎(chǔ)上,建立了用于驅(qū)動(dòng)FTS的音圈直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。其次,對(duì)VCLA驅(qū)動(dòng)的高頻響伺服刀架進(jìn)行校正控制的研究,分別設(shè)計(jì)了魯棒內(nèi)�？刂�(Internal Model Control,IMC)控制器、傳統(tǒng)的PID和超前滯后控制器,通過(guò)仿真對(duì)比分析,設(shè)計(jì)的IMC控制器使得伺服刀架系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能、魯棒穩(wěn)定性,足夠的帶寬、相位裕度和更快的響應(yīng)速度。在此基礎(chǔ)之上,針對(duì)超精密零件加工時(shí)要求FTS系統(tǒng)對(duì)高頻周期性信號(hào)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的跟蹤控制,結(jié)合重復(fù)控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意周期的外部參考輸入/擾動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確跟蹤/抑制特性,提出了一種改進(jìn)的重復(fù)控制策略,在理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)并通過(guò)Matlab進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了控制策略的有效性。最后,針對(duì)FTS在切削過(guò)程中高頻周期性輸入信號(hào)改變時(shí),即在高頻變周期輸入信號(hào)下,重復(fù)控制器中低通濾波器的截止頻率固定將限制其控制效果,無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)軌跡的精確跟蹤控制。針對(duì)這一問(wèn)題提出采用具有自學(xué)習(xí)能力的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器自適應(yīng)調(diào)整濾波器的截止頻率,從而提高重復(fù)控制器的控制性能。在理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)并通過(guò)Matlab進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了控制策略的有效性。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM359.4
【圖文】：

圖 1.1 自由曲面器件Fig. 1.1 Free-form surface device面等超精密零件的加工，要求曲面的表面質(zhì)量需曲面越復(fù)雜，對(duì)加工技術(shù)的要求越嚴(yán)苛，且高效素，因此超精密加工技術(shù)的發(fā)展備受關(guān)注，由此5]，例如拋光技術(shù)、飛切加工、靠模仿形、慢速]。削技術(shù)可以只經(jīng)過(guò)一次性加工操作后便高效車本低，受到廣泛的關(guān)注，如圖 1.2 所示。其高頻，同時(shí)，其輸出的大推力可以使刀具獲得很大的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的曲面；高剛度保證了其車削過(guò)程得快速的發(fā)展，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的超精密的提升，各個(gè)領(lǐng)域高速發(fā)展的需求推動(dòng)，對(duì)超精

a）金剛石精密車削數(shù)控機(jī)床 b）快速刀具伺服技術(shù)圖 1.2 超精密加工技術(shù)Fig. 1.2 Ultra-precision machining technology1.2 FTS 加工技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀FTS 由美國(guó) Lawrence Livemore 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于 1980 年率先研制成功并命名，帕特森等人研制了基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的新型微進(jìn)給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了精密車削加工[9]。隨后，國(guó)內(nèi)外各科研機(jī)構(gòu)對(duì) FTS 相繼展開了相關(guān)研究工作，對(duì)快刀伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及相關(guān)控制策略的研究等方面進(jìn)行了深入拓展性的研究，不斷提升快刀伺服系統(tǒng)的各性能指標(biāo)以及拓展其應(yīng)用范圍，推動(dòng)了 FTS 超精密金剛石車削技術(shù)的快速發(fā)展。1.2.1 FTS 裝置的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)多年的發(fā)展，現(xiàn)根據(jù) FTS 系統(tǒng)的核心部件驅(qū)動(dòng)器的不同以及頻響和行程的性能

【參考文獻(xiàn)】

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1 張翔;孫樹文;樊文剛;葉佩青;;超磁致伸縮微位移驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2014年08期

2 陳武;李克天;劉洪飛;趙榮麗;;基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的快刀伺服系統(tǒng)的研制[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2014年06期

3 李凱;聶雅慧;張效棟;;快速刀具伺服系統(tǒng)控制方法的研究[J];世界科技研究與發(fā)展;2014年02期

4 徐兵;王翠;許蓬子;;光學(xué)自由曲面超精密加工方法綜述[J];現(xiàn)代制造工程;2014年03期

5 吳丹;趙彤;陳懇;;快速刀具伺服系統(tǒng)自抗擾控制的研究與實(shí)踐[J];控制理論與應(yīng)用;2013年12期

6 劉泊;郭建英;孫永全;;壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器建模與控制[J];光學(xué)精密工程;2013年06期

7 聞科捷;王貴林;尹自強(qiáng);;用于精細(xì)微結(jié)構(gòu)加工的快速刀具伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];航空精密制造技術(shù);2012年05期

8 楊斌堂;徐彭有;孟光;楊德華;許文秉;譚先濤;;大行程精密定位超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與控制[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年01期

9 房豐洲;聶雅慧;張效棟;;基于電磁場(chǎng)分析的快速刀具伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(英文)[J];納米技術(shù)與精密工程;2011年06期

10 趙佩鳳;林子賀;;刀具磨損補(bǔ)償用壓電陶瓷微位移器的特性分析與實(shí)現(xiàn)方案[J];大連交通大學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

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1 劉強(qiáng);利用快速刀具伺服車削光學(xué)自由曲面的研究[D];吉林大學(xué);2012年

2 關(guān)朝亮;復(fù)雜光學(xué)曲面慢刀伺服超精密車削技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

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2 唐強(qiáng);快速伺服刀架的建模與控制算法研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2015年

3 張杰;重復(fù)/迭代學(xué)習(xí)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

4 王剛;一種三維橢圓振動(dòng)金剛石切削裝置的研制[D];吉林大學(xué);2012年

5 胡磊磊;超精密加工中的刀具補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)平臺(tái)及熨壓機(jī)構(gòu)的研究[D];吉林大學(xué);2011年

6 閆峰;永磁直線同步電機(jī)魯棒重復(fù)控制研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2724821