本文關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)類非圓輪廓磨削過程變結(jié)構(gòu)控制理論及方法研究

  更多相關(guān)文章： 非圓輪廓 X-C聯(lián)動磨削力 跟蹤位置誤差 模糊變結(jié)構(gòu)控制 耦合增強控制

【摘要】：凸輪軸、曲軸、轉(zhuǎn)子發(fā)動機內(nèi)腔等回轉(zhuǎn)類非圓輪廓零件是發(fā)動機的核心部件其輪廓精度直接影響發(fā)動機的性能。該類零件是通過X-C兩軸聯(lián)動實現(xiàn)磨削加工的更確切地說,x軸的直線運動跟蹤C軸的旋轉(zhuǎn)運動完成被加工工件的輪廓加工。由于被加工零件的輪廓特點,其輪廓精度受到了各伺服軸的跟蹤性能、速度的突變、加速度的沖擊、磨削力波動等多種因素的影響,研究該類零件的輪廓誤差控制方法,對于提高其廓形精度具有重要的理論和實際意義。揭示了非圓輪廓磨削力隨著非圓輪廓曲率變化的規(guī)律。對單顆磨粒作為切削刀具參與磨削進行了受力分析,推導(dǎo)了非圓輪廓磨削的瞬時磨除體積,根據(jù)X-C聯(lián)動磨削原理,建立了非圓輪廓的X-C聯(lián)動磨削力模型。變化的非圓輪廓曲率是影響X-C聯(lián)動磨削力的重要因素,定量分析了X-C聯(lián)動磨削力和復(fù)雜非圓輪廓曲率半徑之間的關(guān)系。分別對凸輪輪廓、橢圓輪廓、轉(zhuǎn)子發(fā)動機內(nèi)腔輪廓進行了曲率半徑和非圓磨削力的計算及仿真。研究了X-C聯(lián)動磨削力對非圓輪廓磨削加工過程的影響,探討了X-C聯(lián)動磨削力和兩軸運動位置的關(guān)系。進行了非圓輪廓磨削用機床x軸和C軸跟蹤性能的變結(jié)構(gòu)控制研究。設(shè)計了各軸常規(guī)PID控制器和滑模變結(jié)構(gòu)控制器,通過仿真對兩種控制策略的控制精度及抗擾動能力進行了對比,滑模變結(jié)構(gòu)控制方法無論在控制精度上還是抗擾動能力上均具有較好的控制性能。滑模變結(jié)構(gòu)控制方法的強魯棒性使得非圓輪廓磨削加工機床的各軸運動具有更好的跟蹤性能。針對滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題,使用模糊控制器調(diào)整變結(jié)構(gòu)控制器中指數(shù)趨近律的切換控制系數(shù),使其隨著系統(tǒng)參數(shù)變化和干擾變化進行實時調(diào)節(jié)。通過仿真分析,基于模糊指數(shù)趨近律切換控制系數(shù)的等效滑�？刂瓶梢杂行б种贫墩�,既實現(xiàn)了高精度控制,又保留了滑模變結(jié)構(gòu)方法抗擾動能力強的特點,變結(jié)構(gòu)控制方法為非圓輪廓的高精度磨削加工控制提供一種研究思路。研究了非圓輪廓誤差與兩伺服軸跟蹤位置誤差之間的關(guān)系。通過對非圓內(nèi)輪廓、非圓外輪廓的廓形變化分析,推導(dǎo)了由單個伺服軸跟蹤滯后引起的非圓輪廓誤差。提出了一種X-C兩軸聯(lián)動運動控制方法一耦合增強控制方法。由于X-C兩軸聯(lián)動磨削加工不同于X-Y兩軸聯(lián)動磨削加工,根據(jù)交叉耦合控制的思想,設(shè)計了基于變結(jié)構(gòu)控制的兩軸耦合增強控制器,將X軸和C軸的跟蹤位置誤差化為非圓輪廓廓形誤差進行耦合對比,并將比較結(jié)果增強相對滯后量大軸的跟蹤速度,使其快速跟蹤另一軸的運動,以減小非圓輪廓的廓形誤差,提高廓形精度。在數(shù)控凸輪軸磨床上進行了實際磨削過程的誤差測量試驗。完成了凸輪磨削加工過程中的X軸和C軸跟蹤滯后量的數(shù)據(jù)采集,以驗證仿真結(jié)果的有效性。搭建了X軸系統(tǒng)和C軸系統(tǒng)的試驗臺,分別對X軸系統(tǒng)和C軸系統(tǒng)的PID控制方法、滑模變結(jié)構(gòu)控制方法、模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法進行了試驗,模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法可以實現(xiàn)非圓輪廓磨削機床伺服軸的高精度位置跟蹤。進行了基于變結(jié)構(gòu)和模糊變結(jié)構(gòu)的X-C兩軸聯(lián)動耦合增強控制器的仿真試驗,x-c聯(lián)動耦合增強控制可以加快x軸的跟蹤速度,減小兩軸之間的相對滯后量,以實現(xiàn)兩軸運動的協(xié)調(diào)性控制。
【關(guān)鍵詞】：非圓輪廓 X-C聯(lián)動磨削力 跟蹤位置誤差 模糊變結(jié)構(gòu)控制 耦合增強控制
【學(xué)位授予單位】：機械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG580.6;TK406
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 回轉(zhuǎn)類非圓輪廓加工研究的背景和意義12-13
• 1.1.1 研究背景和意義12-13
• 1.1.2 課題來源13
• 1.2 回轉(zhuǎn)類非圓輪廓磨削相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 國內(nèi)外非圓輪廓磨削研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 伺服跟蹤性能研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 X-C兩軸聯(lián)動協(xié)調(diào)性控制現(xiàn)狀17-18
• 1.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容20-23
• 第2章 非圓輪廓磨削力研究23-38
• 2.1 影響非圓輪廓磨削力變化的因素23-24
• 2.2 非圓輪廓磨削加工X-C聯(lián)動磨削力研究24-27
• 2.2.1 非圓磨削去除材料橫斷面面積25-26
• 2.2.2 非圓輪廓曲率半徑的數(shù)學(xué)模型26
• 2.2.3 非圓輪廓X-C聯(lián)動磨削力模型26-27
• 2.3 非圓輪廓X-C聯(lián)動磨削力計算與仿真27-32
• 2.3.1 凸輪輪廓27-29
• 2.3.2 橢圓活塞輪廓29-30
• 2.3.3 轉(zhuǎn)子發(fā)動機內(nèi)腔30-32
• 2.4 非圓輪廓X-C聯(lián)動磨削力對加工過程的影響分析32-37
• 2.4.1 X-C聯(lián)動磨削力對非圓零件的影響32-36
• 2.4.2 X-C聯(lián)動磨削力對砂輪架運動的影響36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 非圓輪廓磨削用機床單軸變結(jié)構(gòu)控制研究38-64
• 3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論基礎(chǔ)38-40
• 3.1.1 基本定義38-39
• 3.1.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計39-40
• 3.2 非圓輪廓磨削用機床X軸變結(jié)構(gòu)控制研究40-57
• 3.2.1 X軸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型40-41
• 3.2.2 X軸系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計41-45
• 3.2.3 X軸系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制器仿真45-57
• 3.3 非圓輪廓磨削用機床C軸系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制研究57-63
• 3.3.1 C軸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型57-58
• 3.3.2 C軸系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計58-60
• 3.3.3 C軸系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制器仿真60-63
• 3.4 本章小結(jié)63-64
• 第4章 非圓輪廓磨削用機床單軸模糊變結(jié)構(gòu)控制研究64-76
• 4.1 引言64-65
• 4.2 模糊變結(jié)構(gòu)控制理論基礎(chǔ)65-66
• 4.2.1 模糊控制理論基礎(chǔ)65
• 4.2.2 模糊變結(jié)構(gòu)控制理論65-66
• 4.3 單軸模糊變結(jié)構(gòu)控制研究66-74
• 4.3.1 X軸系統(tǒng)模糊變結(jié)構(gòu)控制研究66-73
• 4.3.2 C軸系統(tǒng)模糊變結(jié)構(gòu)控制研究73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 第5章 非圓輪廓磨削用機床X-C聯(lián)動控制方法研究76-89
• 5.1 X-C兩軸聯(lián)動磨削加工原理76-77
• 5.2 單軸跟蹤性能與非圓零件輪廓精度的關(guān)系77-84
• 5.2.1 各種誤差分析77-78
• 5.2.2 X軸跟蹤位置誤差引起的輪廓誤差78-81
• 5.2.3 C軸跟蹤位置誤差引起的輪廓誤差81-84
• 5.3 非圓輪廓磨削X-C兩軸聯(lián)動控制方法研究84-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 第6章 試驗研究89-106
• 6.1 凸輪磨削加工過程誤差測量試驗89-94
• 6.1.1 凸輪磨削加工試驗準(zhǔn)備89-90
• 6.1.2 凸輪磨削試驗結(jié)果分析90-94
• 6.2 變結(jié)構(gòu)控制方法試驗94-99
• 6.2.1 變結(jié)構(gòu)控制方法試驗準(zhǔn)備95-97
• 6.2.2 變結(jié)構(gòu)控制試驗測試結(jié)果97-99
• 6.3 X-C兩軸聯(lián)動運動控制方法仿真試驗99-104
• 6.4 本章小結(jié)104-106
• 第7章 研究總結(jié)和展望106-108
• 7.1 研究總結(jié)106-107
• 7.2 本文創(chuàng)新點107
• 7.3 研究展望107-108
• 參考文獻108-115
• 致謝115-116
• 附錄116-122
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況122-123
• 作者簡介123

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本文編號：817309