[發明專利]一種薄壁件加工中的磁流變抑振方法

有效

• 申請號: 202010547463.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111734772B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 劉海波;王俊鵬;羅祺;薄其樂;史勇;李特;劉闊;王永青;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F16F9/53
• 分類號: F16F9/53;B23Q11/00;B23Q17/09;B23Q17/24;G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;戴風友

1.一種薄壁件加工中的磁流變抑振方法，其特征在于，將薄壁平板浸沒于磁流變液中；電渦流傳感器實時采集薄壁平板加工中的振動位移信號；通過三路信號的快速預處理、深度學習診斷，判別當前的加工振動狀態，并輸出調控量；通過實時調控勵磁電流，改變磁流變液固化程度，實現自適應抑振；具體包括以下步驟：

第一步，設計磁流變抑振調控系統

所述的磁流變抑振調控系統包括磁流變裝夾裝置(Ⅰ)、電渦流傳感器(9)、數據采集卡(10)、工控機(11)和程控電源(12)；

所述磁流變裝夾裝置(Ⅰ)包括容器(1)、底座(2)、端蓋(3)、支架(4)、鐵芯(5)、線圈(6)、銑刀(7)和薄壁平板(8)；兩支架(4)分別固定在底座(2)兩端，容器(1)固定在底座(2)中部；支架(4)與容器(1)之間通過鐵芯(5)與線圈(6)連接，所述端蓋(3)固定在鐵芯(5)兩端、位于支架(4)外側；所述容器(1)內設有磁流變液，薄壁平板(8)豎直固定在容器(1)底部，銑刀(7)設于薄壁平板(8)的待切削側，電渦流傳感器(9)連接在薄壁平板(8)的非切削側；

電渦流傳感器(9)、數據采集卡(10)、工控機(11)、程控電源(12)依次相連，程控電源(12)與兩線圈(6)之間電氣相連；電渦流傳感器(9)實時監測薄壁平板(8)加工中的振動狀態，并將測得的振動信號經數據采集卡(10)傳輸至工控機(11)中；通過調控程控電源(12)的電流大小，改變線圈(6)的勵磁磁場，進而調控磁流變液固化程度，達到抑制加工振動的目的；

第二步，振動信號實時采集及預處理

在薄壁平板(8)的切削過程中，電渦流傳感器(9)實時采集振動信號x_i輸送到工控機(11)進行預處理，其中i為采集通道數，i＝1,2,3；預處理過程如下：

(1)按照時間序列，在振動信號x_i中取第l組數據，l＝1,2,...,m；計算方差

式(1)中，x_i,q表示振動信號x_i中第q個數據，即第l組數據的起點；表示振動信號x_i中從第q個數據至第q+n個數據的均值；

(2)對方差進行經驗模態分解：

求出方差序列所有極大值點和極小值點，擬合得到方差序列的上、下包絡線，獲得包絡均值M_i；計算方差和包絡均值M_i的差值h_i(l)：按該原則迭代計算直至h_i(k)為本征模態函數，其中1≤k≤m；則令c_i1＝h_i(k)，c_i1為第一個本征模態函數；計算方差與第一個本征模態函數c_i1的差，得到第一個信號分量對信號分量序列{r_i1}再進行包絡計算，獲得下一組信號分量；依次遞推計算，得到一組方差的本征模態函數序列{c_ij,j＝1,...,p},1≤p≤k，直至趨勢分量r_iT單調或只有一個極值，則方差可分解為，

式(2)中，p表示本征模態函數的數目；

(3)對方差經驗模態分解后的數據進行歸一化處理：

式(3)中，為方差歸一化表示，MAX{}表示求最大值；

第三步，基于深度學習和時間序列的振動預測識別

所建深度學習網絡相鄰層神經元之間的能量函數E為

式(4)中，w_IJ表示第I個可見層神經元v_I與第J個隱含層神經元h_J之間的權重參數；a_I和b_J分別表示v_I和h_J的偏置參數；M和N分別表示可見層和隱含層的神經元個數；

根據條件概率和網絡學習，更新權重參數和偏置參數：

式(5)中，ε為訓練學習率，·_data為訓練數據集的數學期望，·_recon為重構模型的數學期望；

連續取前m組數據的方差歸一化表示組成數據序列作為輸入，進行深度學習網絡訓練并保存訓練模型，其中l＝1,2,...,m；預測時將實時采集的連續數據的歸一化表示到作為輸入數據序列，得到第一個預測值pre-result(1)，將其加入輸入數據序列的尾端并舍棄以此規則進行滾動預測；根據本征模態函數數目設定循環次數f，則加工振動的預測值Y為：

式(6)中，pre-result(g)為第g次循環的本征模態函數分量預測值；

若預測值Y不超過閾值K，表示未顫振；若預測值Y大于閾值K，且Y-K∈(0,2]，表示輕微振動狀態；若預測值Y大于閾值K，且Y-K∈(2,∞)，表示嚴重振動；

第四步，基于遞增式電流調控的振動抑制

為保證工藝系統響應變化的穩定性和連續性，設計遞增式電流調控方法：若Y-K≤0，維持當前勵磁電流值不變；若Y-K∈(0,2]，程控電源(12)的勵磁電流按Δ遞增；若Y-K∈(2,∞)，程控電源(12)的勵磁電流按2Δ遞增，其中Δ表示設計遞增的電流值。