發(fā)布時間：2020-07-26 14:44

【摘要】： 本文研究了剛性磁懸浮銑削主軸以及柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制方法,設(shè)計開發(fā)了基于微機與高速數(shù)字信號處理器(DSP)主從控制結(jié)構(gòu)的柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)主動控制硬件平臺,并進行了計算機仿真和實驗研究。全文工作取得如下創(chuàng)造性成果: 首次將變結(jié)構(gòu)控制策略用于磁懸浮機床主軸的主動控制�？紤]切削過程擾動影響,建立了電流控制型磁懸浮主軸系統(tǒng)動力學(xué)模型,以磁軸承為控制對象,設(shè)計了基于自由遞階切換模式的離散變結(jié)構(gòu)控制器,并進行了仿真研究。結(jié)果表明,當(dāng)趨近律參數(shù)選擇合適時,采用變結(jié)構(gòu)控制的主軸系統(tǒng)在外擾動作用下具有良好性能,其動態(tài)穩(wěn)定性及對系統(tǒng)自身特性變化的適應(yīng)能力明顯強于PID控制器。此外,變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)在變切厚情況下的控制效果也明顯優(yōu)于PID控制器。 仿真表明,對于再生顫振情況,單純依靠磁軸承不能有效抑制主軸振動。為此,本文采用辨識顫振頻率和主軸轉(zhuǎn)速在線調(diào)節(jié)的方法,與磁軸承控制相結(jié)合抑制主軸振動,取得良好效果。 首次提出無傳感器磁軸承的變結(jié)構(gòu)控制方案,建立了無傳感器磁懸浮主軸系統(tǒng)動力學(xué)模型,設(shè)計出基于最終滑動模態(tài)切換模式的離散變結(jié)構(gòu)控制器。仿真結(jié)果表明,采用變結(jié)構(gòu)控制的無傳感器磁懸浮主軸系統(tǒng)對于外擾動及系統(tǒng)模型攝動的魯棒性、以及在變切厚情況下的控制效果均明顯強于PID控制器。由于無傳感器磁軸承的使用能夠降低主軸系統(tǒng)的硬件成本,而且不存在傳感器—電磁作動器非并置問題,因此具有廣泛的工程應(yīng)用前景。 針對柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)設(shè)計了基于固定切換順序的變結(jié)構(gòu)控制器,并進行了仿真研究及實驗驗證。結(jié)果表明,變結(jié)構(gòu)控制器對于因模態(tài)截斷及非并置問題導(dǎo)致的未建模動態(tài)以及因系統(tǒng)自身特性變化而導(dǎo)致的參數(shù)攝動具有不敏感性,系統(tǒng)在上浮過程、受到外界擾動及復(fù)雜運轉(zhuǎn)情況下的性能均優(yōu)于PID控制器。以上結(jié)果表明,本文研究的變結(jié)構(gòu)控制律在轉(zhuǎn)子主動控制領(lǐng)域具有很好的工程應(yīng)用前景。 本文的研究對于發(fā)展高速加工技術(shù)及豐富柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動控制方法具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：1999
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

固定遞階變結(jié)構(gòu)控制5.1 引言前幾章研究了剛性磁懸浮主軸的變結(jié)構(gòu)控制，本章將討論柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制。對于柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由于建模時需做模態(tài)截斷，從而使得系統(tǒng)模型精度下降，傳感器與電磁作動器之間的非并置問題也會在一定程度上影響模型精度。如采用 PID 控制器或最優(yōu)控制器，當(dāng)轉(zhuǎn)子柔性較高時，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)就可能出現(xiàn)嚴(yán)重超調(diào)。因此，尋求克服上述問題的方法，對于確保轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定將具有重要意義。本章將首先建立柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)動力學(xué)模型，然后設(shè)計基于固定切換順序的變結(jié)構(gòu)控制器，并通過仿真研究來驗證設(shè)計理論。5.2 柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)模型因?qū)嶒灄l件所限，本章所研究的柔性轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)如圖 5.1 所示，轉(zhuǎn)子兩端分別由向心球軸承和磁軸承支承。

第六章 電磁作動器設(shè)計開發(fā)引言驗證第五章提出的理論，需要設(shè)計開發(fā)轉(zhuǎn)子—磁軸承系統(tǒng)磁軸承系統(tǒng)的性能主要取決于電磁作動器及控制系統(tǒng)的設(shè)實驗裝置開發(fā)工作也將由設(shè)計電磁作動器及建立主動控制成。章將首先設(shè)計磁軸承結(jié)構(gòu)及參數(shù)，通過實驗標(biāo)定磁軸承的電流參數(shù)，然后設(shè)計開關(guān)型功率放大器。磁軸承設(shè)計 磁軸承結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計

天津大學(xué)博士學(xué)位論文軸承力參數(shù)的標(biāo)定實驗在 XK8140 數(shù)控銑床上進行，實驗原理及現(xiàn)場照片如圖 6.4 和圖 6.5 所示。轉(zhuǎn)子與主軸通過彈簧卡套安裝在銑床的刀軸上，定機座與 Kistler 測力平臺一起固定在銑床的工作臺上。測力平臺上裝有四只傳感器，能夠測量水平方向上的剪切力。實驗過程中可通過工作臺的水平和刀軸的縱向移動來實現(xiàn)磁軸承氣隙的微小變化。電流的幅值用電流表來，功率放大器的控制輸入由直流電源來提供。電磁鐵所產(chǎn)生的電磁力就通力儀來測量，但此時測到的不是定子產(chǎn)生的電磁力，而是轉(zhuǎn)子作用于定子力。

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 朱小平;艦船主推進系統(tǒng)的建模理論、控制策略及優(yōu)化設(shè)計[D];同濟大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 徐朝興;恒流源偏置磁懸浮軸承的系統(tǒng)研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

2 杜天旭;磁軸承系統(tǒng)的分析與控制[D];重慶大學(xué);2007年

3 呂輝榜;基于MATLAB快速控制原型的磁懸浮控制系統(tǒng)研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

4 姚芝鳳;磁懸浮機床主軸控制方法的研究[D];天津大學(xué);2007年

本文編號：2770893