[發(fā)明專利]一種基于S-ADRC控制器的薄壁件磁流變抑振方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210392051.8
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114776760A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉海波;高政;李旭;王俊鵬;苗歡歡;程奕舜;李特;王永青
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: F16F15/03
• 分類號: F16F15/03
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明提供了一種基于S?ADRC控制器的薄壁件磁流變抑振方法，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。其抑振方法：薄壁件的振動位移信號由電渦流傳感器監(jiān)測并傳輸?shù)诫娔X中作為控制器的輸入；控制器實時處理收到的信號并將計算結(jié)果輸出；輸出信號再經(jīng)功率放大器放大后輸出到磁流變夾具來改變磁場，進而改變磁流變液的阻尼狀態(tài)，實時自適應(yīng)加工抑振。本發(fā)明在自抗擾控制器的基礎(chǔ)上采用類史密斯預(yù)估器，解決了自抗擾控制器輸出信號與輸入信號在時間軸上的不一致性，消除了時滯對受控對象輸入的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性；利用磁流變液特性，實時根據(jù)振動位移信號輸出調(diào)控量，調(diào)控磁流變液勵磁特性，進而調(diào)控薄壁件的固有特性，實現(xiàn)實時自適應(yīng)加工抑振。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于S-ADRC控制器的薄壁件磁流變抑振方法。

背景技術(shù)

隨著航空航天、軍工和汽車等領(lǐng)域的高速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對于重量輕、強度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件有廣泛的需求。但由于薄壁件的弱剛性特性，以及在其加工過程中存在動力學(xué)特性時變的特點，在薄壁件銑削過程中會出現(xiàn)顫振問題，導(dǎo)致零件精度降低、刀具壽命縮短、加工效率降低和工藝流程復(fù)雜等問題。因此針對薄壁件加工中的顫振問題，找到一種能適應(yīng)薄壁件動力學(xué)特性變化的抑振方法是非常重要的。

振動控制方法包括被動抑振、主動或半主動抑振。其中被動抑振方法的局限性大、不能通過輸入能量調(diào)整控制量，所以被動方法不適用于薄壁件的切削振動抑制。主動和半主動抑振方法是通過輸入能量耗散掉切削振動能量，且控制力可變，更適用于薄壁件的抑振中。主動或半主動抑振方法的關(guān)鍵是找到一種能快速改變控制力的抑振介質(zhì)。

磁流變液是一種常溫下即可發(fā)生可逆相變的智能材料，沒有磁場時，磁流變液是牛頓流體；施加磁場后，磁流變液迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰椥园牍腆w狀態(tài)。磁流變液多是以磁流變阻尼器的形式實現(xiàn)抑振。

專利文件CN112460185A所公開的單出桿磁流變阻尼器，通過在活塞組件內(nèi)形成孔道，并通過隔離件、彈簧和孔道的配合補償缸體內(nèi)腔體積變化。該技術(shù)方案中，由于彈簧的彈性能容易發(fā)生變化，無法長期提供一致的彈力，因此無法保證阻尼器的補償能力保持長期一致。此外，在該技術(shù)方案中，導(dǎo)向塊的設(shè)置雖然解決了活塞發(fā)生晃動的問題，但導(dǎo)向塊本身就會對磁流變液在過流通道內(nèi)的流動造成難以測量的阻力，因此難以精確控制和調(diào)節(jié)阻尼器的阻尼大小。

美國專利US6471018B1發(fā)明了一種新型的磁流變減振器，其阻尼通道位于活塞的外表面，呈不規(guī)則的S型，由此增加了受磁場強度作用的阻尼通道長度，提升可調(diào)阻尼范圍。但沒有考慮穩(wěn)定性因素，以及非線性力的干擾，且沒有反饋機制。

上述研究均未提及使用控制器實時改變磁流變阻尼效應(yīng)及吸振能力，從而適應(yīng)薄壁件加工中的模態(tài)特性變化的主動抑振方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服上述方法的不足，針對薄壁件銑削顫振問題，通過使用控制器調(diào)節(jié)磁流變的阻尼效應(yīng)，提供了一種基于控制器調(diào)節(jié)磁流變阻尼效應(yīng)改善薄壁件動態(tài)特性從而實現(xiàn)薄壁件顫振抑制的方法。該方法中，將磁流變阻尼顫振抑制裝置作為裝夾裝置與驅(qū)動器，將磁流變液注滿薄壁件與夾具間隙，通過控制器改變磁場強度來改變磁流變液的勵磁固化狀態(tài)，進而改變工件動力學(xué)特性，實現(xiàn)薄壁件加工抑振。在薄壁件加工的過程中，通過實時采集薄壁件的位移振動信號并通過數(shù)據(jù)采集卡輸送到史密斯—自抗擾(S-ADRC)控制器中，計算得到的控制量從數(shù)據(jù)采集卡輸出至功率放大器后再輸入到磁流變阻尼顫振抑制裝置中，改變磁流變阻尼顫振抑制裝置的輸入電壓，從而改變磁流變阻尼效應(yīng)以適應(yīng)薄壁件的動態(tài)特性變化，最終實現(xiàn)基于S-ADRC控制器的磁流變薄壁件自適應(yīng)抑振調(diào)控。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：