论文摘要
超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material, GMM）具有磁致伸缩应变大、响应速度快、能量转换效率高、输出力大及可靠性好等优点,广泛应用于精密加工、精密仪器、振动控制等微驱动领域。非圆活塞异形孔对改善活塞销孔的应力分布、提高活塞承受载荷的能力、延长活塞的使用寿命具有非常重要的意义,但这种结构给活塞异形孔的精密加工带来了技术难题。课题组提出将超磁致伸缩材料嵌入镗杆内部,研发了超磁致伸缩智能构件驱动非圆孔精密镗削系统。为进一步提高加工精度,本文对现有开环控制系统进行了改进,针对超磁致伸缩驱动非圆孔精密镗削的闭环控制系统相关技术进行了研究工作。本文首先通过文献调研,概述了超磁致伸缩材料的特性及工程应用,对超磁致伸缩驱动器精密位移控制方法、回转体径向微位移检测方法的国内外研究现状进行了分析。然后,对超磁致伸缩智能构件驱动非圆孔精密镗削系统的组成及被控对象的特性进行了深入了解,基于现有开环控制系统,提出了基于智能镗杆径向微位移反馈的闭环控制系统方案。随后,针对闭环控制系统中镗杆径向微位移反馈检测这一技术难点,提出采用两正交布置的位移传感器和主轴编码器的检测方法,并对检测信号中存在的误差进行了分析和处理,完成了闭环反馈检测系统的硬件和软件设计,通过镗杆径向进给量测量实验验证了该方法的可行性。在此基础上,通过实验建立了被控对象的P-I迟滞模型,并对其进行求逆,采用逆模型前馈补偿PID控制策略,对控制参数进行了整定,完成闭环控制算法设计和DSP控制系统的软件设计。最后通过闭环控制系统阶跃响应、位置跟踪和轨迹跟踪对比实验,验证了所建立的闭环控制系统有效性。
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致谢摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题的提出及意义1.2 超磁致伸缩材料的特性及工程应用概况1.2.1 超磁致伸缩材料及其应用特性1.2.2 超磁致伸缩材料的工程应用概况1.3 超磁致伸缩驱动器精密微位移控制策略的研究现状1.4 回转体径向微位移检测和处理方法研究现状1.4.1 国外研究情况1.4.2 国内研究情况1.5 论文的研究内容与组织结构1.6 本章小结第2章 GMM驱动活塞异形销孔精密镗削闭环控制总体方案2.1 活塞异形销孔数控加工成形原理2.1.1 非圆孔加工刀具轨迹的数学描述2.1.2 活塞异形销孔的数控加工成形原理2.2 GMM驱动活塞异形销孔精密镗削系统2.2.1 GMM驱动活塞异形销孔加工原理2.2.2 活塞异形销孔镗削系统的硬件组成2.2.3 活塞异形销孔镗削系统控制软件功能模块分析2.3 GMM驱动活塞异形销孔精密镗削闭环控制系统的总体方案2.3.1 现行的GMM驱动活塞异形销孔镗削开环控制系统2.3.2 GMM驱动活塞异形销孔镗削闭环控制系统总体方案2.4 本章小结第3章 超磁致伸缩智能镗杆径向微进给反馈检测系统设计3.1 智能镗杆径向微位移信号检测方案3.1.1 智能镗杆径向微位移信号检测的需求分析3.1.2 总体方案设计3.1.3 微位移信号测量原理及基本算法3.2 反馈信号测量误差的分析和处理3.2.1 被测截面的圆度误差3.2.2 镗杆被测截面处的径向回转误差3.2.3 传感器安装误差3.2.4 随机干扰误差3.3 反馈检测系统硬件设计3.3.1 电涡流位移传感器3.3.2 光电编码器3.3.3 电涡流位移传感器支架设计3.3.4 光电编码器安装支架设计3.3.5 数据采集卡3.4 反馈检测系统软件设计3.4.1 LabVIEW介绍3.4.2 软件功能模块与程序流程3.5 镗杆径向微进给量测量实验3.5.1 刀尖与反馈测量点的径向微位移标定实验3.5.2 镗杆径向微进给量测量实验3.6 本章小结第4章 GMM驱动非圆孔精密镗削闭环控制算法设计4.1 活塞异形销孔加工刀具轨迹4.1.1 倒锥形销孔加工的刀具轨迹数学模型4.1.2 椭圆销孔加工的刀具轨迹数学模型4.2 嵌入式GMM智能构件迟滞逆模型的建立4.2.1 P-I模型介绍4.2.2 被控对象迟滞模型参数辨识及其求逆4.3 闭环PID控制算法设计4.3.1 PID控制算法简介4.3.2 PID参数整定方法4.4 本章小结第5章 GMM驱动非圆孔精密镗削闭环控制系统的开发及实验研究5.1 DSP控制系统硬件功能特点5.2 控制系统软件设计5.2.1 软件主程序设计5.2.2 GPT2周期中断服务子程序5.2.3 闭环PID控制算法的DSP实现5.3 闭环控制实验及实验结果分析5.3.1 控制对象阶跃响应实验5.3.2 位置跟踪实验5.3.3 轨迹跟踪实验5.4 实验结果分析5.5 本章小结第6章 总结与展望6.1 研究总结6.2 工作展望参考文献
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