钛合金板材砂带恒压抛磨过程型面自适应控制技术研究

论文摘要

砂带磨削是材料表面最重要的加工技术之一,是一种具有磨削、研磨、抛光多重作用的复合作用,有着“冷态磨削”之称的新型磨削工艺,其获得的工件表面质量好。利用砂带磨削加工钛合金板材时,效率高,成本低,改善了其表面质量和表面应力状态。但是,钛合金板材存在不同程度的翘曲,在磨削过程中磨头无法随板材型面浮动以保持磨头与板材之间恒压力接触,而出现了加工深度尺寸精度不高的难题。本课题以平面砂带磨床加工钛合金板材中的应用为工程背景,针对钛合金板材磨削中存在的问题,深入地分析了国内外相关领域研究现状,充分利用已有的自适应控制技术的研究成果,开展钛合金板材砂带恒压抛磨过程型面自适应控制技术研究。主要研究内容如下:①通过分析钛合金板材在砂带磨削加工中存在的问题,将自适应控制技术引入平面砂带磨床的控制系统中,以保证接触轮与工件之间的恒压力磨削,使钛合金板材表面磨削量等深度去除。②根据平面砂带磨床的工作原理,研究并建立控制对象的数学模型,并对其进行简化。③研究极点配置自校正控制器的设计方法,及其模型参数辨识方法,并将该算法应用到平面砂带磨床控制中,解决加工钛合金板材过程中磨头不能随板材型面浮动,难以保证恒压磨削,而造成的磨削深度不均匀的难题。④由于试验条件的限制,本课题提出了采用离线测量及参数辨识、在线控制的方法,并进行了随型磨削试验,验证了自适应控制算法的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 砂带磨削原理及特点
• 1.1.1 砂带磨削原理
• 1.1.2 砂带磨削特点
• 1.2 平面砂带磨床简介
• 1.2.1 平面砂带磨床概述
• 1.2.2 平面砂带磨削的特点
• 1.2.3 平面砂带磨床控制的特点
• 1.2.4 平面砂带磨床在钛合金板材加工中存在问题及课题的提出
• 1.3 国内外智能磨削控制技术研究现状
• 1.3.1 国外智能磨削技术的研究概况
• 1.3.2 国内高效磨削自适应控制技术的研究概况
• 1.4 本课题来源及研究内容
• 1.4.1 本课题来源
• 1.4.2 本课题研究内容
• 1.5 钛合金板材砂带抛磨过程型面自适应控制技术的研究意义
• 2 控制对象数学建模
• 2.1 系统数学模型推导
• 2.1.1 系统数学建模
• 2.1.2 阀控缸的基本方程
• 2.2 磨削机构系统传递函数
• 2.2.1 系统的传递函数
• 2.2.2 比例阀的数学模型
• 2.2.3 控制对象系统总模型
• 2.3 本章小结
• 3 磨削系统控制算法研究
• 3.1 自适应控制系统
• 3.1.1 模型参考自适应控制系统
• 3.1.2 自校正控制系统
• 3.2 系统辨识
• 3.2.1 闭环系统辨识的可辨识问题
• 3.2.2 最小二乘原理
• 3.2.3 递推最小二乘算法
• 3.3 极点配置自校正控制器的设计方法
• 3.4 极点配置自校正控制器设计
• 3.4.1 控制器设计
• 3.4.2 闭环稳定性分析
• 3.5 极点配置自校正调节器的算法
• 3.5.1 控制算法步骤
• 3.5.2 控制算法程序
• 3.6 本章小结
• 4 控制算法磨削参数测试原理、方法及硬件设计
• 4.1 控制器的选择
• 4.2 控制算法磨削参数测试原理、方法
• 4.2.1 法向磨削力的试验测定
• 4.2.2 切向磨削力的试验测定
• 4.2.3 磨头转角测量方法
• 4.3 恒压力接触试验原理
• 4.4 控制系统硬件设计
• 4.4.1 磅秤的校准
• 4.4.2 互感器及电流表选型
• 4.4.3 编码器的选型、校正及安装
• 4.4.4 PLC 控制器选型
• 4.4.5 触摸屏的选型
• 4.4.6 比例阀选型
• 4.4.7 系统硬件连接
• 4.5 控制系统的软件实现
• 4.6 系统的干扰及抗干扰措施
• 4.7 本章小结
• 5 磨削自适应控制试验研究
• 5.1 试验装置
• 5.2 试验及效果分析
• 5.2.1 接触轮与“理想平面”之间法向磨削力的确定
• 5.2.2 转角与法向磨削力和切向磨削力对应试验
• 5.2.3 磨头随型效果判断原则
• 5.2.4 试验结果分析
• 5.3 钛合金板材砂带抛磨过程型面自适应试验研究
• 5.3.1 试件的设计
• 5.3.2 试验方案
• 5.3.3 试验分析
• 5.3.4 自适应控制磨削与普通磨削方式对比试验
• 5.3.5 效果及改进
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录