基于磁流变—泡沫金属阻尼器的机床颤振模糊控制系统研究

论文摘要

通过控制机床切削颤振来提高加工精度的方法近几年来受到学术界的广泛关注。作为控制系统关键器件之一的磁流变阻尼器具有阻尼力大,响应快,耗能低等特点。但常规阻尼器应用频率范围较窄,对频率较高的切削颤振不能达到理想的控制效果。新型磁流变-泡沫金属阻尼器由于能够适应较高频率的振动,因此在对机床切削颤振控制方面具有广阔的应用前景。本文从磁流变液的流变特性和电磁学的角度出发,对课题组前期设计的阻尼器在结构进行了改进,并根据该阻尼器的工作原理,建立了阻尼力计算的理论模型。利用ANSYS软件对该阻尼器内部磁场进行有限元分析,验证改进后的阻尼器可较好的改善磁路性能。以该阻尼器为研究对象,结合模糊控制理论,设计了基于磁流变-泡沫金属阻尼器的机床颤振模糊控制系统。通过Simulink软件包对该系统进行模拟仿真,结果证明所设计的控制系统对切削过程中的颤振能够达到较好的控制效果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 切削颤振的机理研究
• 1.2.1 再生型颤振
• 1.2.2 振型耦合型颤振
• 1.2.3 摩擦型颤振
• 1.2.4 热力学颤振
• 1.3 机床切削颤振的在线监视
• 1.3.1 传感信号的选用
• 1.3.2 特征量的提取
• 1.3.3 预报判决的方法
• 1.4 机床切削颤振控制的研究现状
• 1.4.1 调整切削参数的控制方法
• 1.4.2 振动控制方法
• 1.4.3 机床切削颤振控制中智能材料的应用
• 1.5 本文研究的内容
• 2 磁流变-泡沫金属阻尼器的结构设计及模型建立
• 2.1 磁流变阻尼器的研究
• 2.1.1 磁流变液的组成和流变机理
• 2.1.2 磁流变阻尼器的工作模式
• 2.1.3 磁流变阻尼器的动力学模型研究
• 2.2 磁流变-泡沫金属阻尼器的结构设计
• 2.2.1 磁流变-泡沫金属阻尼器的构成及工作原理
• 2.2.2 改进的磁流变-泡沫金属阻尼器组成结构
• 2.2.3 磁流变-泡沫金属阻尼器磁路系统的设计
• 2.3 磁流变-泡沫金属阻尼器阻尼力理论模型的建立
• 2.4 本章小结
• 3 磁流变-泡沫金属阻尼器电磁场的有限元分析
• 3.1 有限元分析软件ANSYS 简介
• 3.2 阻尼器活塞电磁场有限元分析
• 3.2.1 阻尼器活塞结构模型
• 3.2.2 阻尼器有限元模型
• 3.2.3 电磁场有限元分析的基本理论
• 3.2.4 有限元计算结果与分析
• 3.3 本章小结
• 4 磁流变-泡沫金属阻尼器机床切削颤振模糊控制系统的设计与仿真研究
• 4.1 模糊控制理论
• 4.1.1 模糊控制理论的应用与研究现状
• 4.1.2 模糊控制理论的数学基础
• 4.2 磁流变-泡沫金属阻尼器机床颤振模糊控制系统的实验方案
• 4.3 磁流变-泡沫金属阻尼器的机床切削颤振模糊控制系统的 Simulink 仿真
• 4.3.1 模糊控制系统的基本组成
• 4.3.2 磁流变-泡沫金属阻尼器的机床切削颤振模糊控制系统的设计
• 4.3.3 机床切削颤振过程的仿真
• 4.3.4 磁流变-泡沫金属阻尼器的阻尼力模型
• 4.3.5 磁流变-泡沫金属阻尼器半主动控制减振模型
• 4.3.6 模糊控制器的设计
• 4.3.7 基于磁流变-泡沫金属阻尼器机床切削颤振模糊控制系统的Simulink 建模与仿真
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集