CN114776760A - 一种基于s-adrc控制器的薄壁件磁流变抑振方法 - Google Patents
一种基于s-adrc控制器的薄壁件磁流变抑振方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114776760A CN114776760A CN202210392051.8A CN202210392051A CN114776760A CN 114776760 A CN114776760 A CN 114776760A CN 202210392051 A CN202210392051 A CN 202210392051A CN 114776760 A CN114776760 A CN 114776760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetorheological
- damping
- vibration suppression
- vibration
- controller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 101710163391 ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP-ribose hydrolase Proteins 0.000 claims 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-RNFDNDRNSA-N iron-60 Chemical compound [60Fe] XEEYBQQBJWHFJM-RNFDNDRNSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
- F16F15/035—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means by use of eddy or induced-current damping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
- F16F2222/06—Magnetic or electromagnetic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2224/00—Materials; Material properties
- F16F2224/04—Fluids
- F16F2224/045—Fluids magnetorheological
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于S‑ADRC控制器的薄壁件磁流变抑振方法，属于机械加工技术领域。其抑振方法：薄壁件的振动位移信号由电涡流传感器监测并传输到电脑中作为控制器的输入；控制器实时处理收到的信号并将计算结果输出；输出信号再经功率放大器放大后输出到磁流变夹具来改变磁场，进而改变磁流变液的阻尼状态，实时自适应加工抑振。本发明在自抗扰控制器的基础上采用类史密斯预估器，解决了自抗扰控制器输出信号与输入信号在时间轴上的不一致性，消除了时滞对受控对象输入的影响，提高了控制系统的鲁棒性；利用磁流变液特性，实时根据振动位移信号输出调控量，调控磁流变液励磁特性，进而调控薄壁件的固有特性，实现实时自适应加工抑振。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种基于S-ADRC控制器的薄壁件磁流变抑振方法。
背景技术
随着航空航天、军工和汽车等领域的高速发展，行业内对于重量轻、强度大、结构复杂的薄壁件有广泛的需求。但由于薄壁件的弱刚性特性，以及在其加工过程中存在动力学特性时变的特点，在薄壁件铣削过程中会出现颤振问题，导致零件精度降低、刀具寿命缩短、加工效率降低和工艺流程复杂等问题。因此针对薄壁件加工中的颤振问题，找到一种能适应薄壁件动力学特性变化的抑振方法是非常重要的。
振动控制方法包括被动抑振、主动或半主动抑振。其中被动抑振方法的局限性大、不能通过输入能量调整控制量，所以被动方法不适用于薄壁件的切削振动抑制。主动和半主动抑振方法是通过输入能量耗散掉切削振动能量，且控制力可变，更适用于薄壁件的抑振中。主动或半主动抑振方法的关键是找到一种能快速改变控制力的抑振介质。
磁流变液是一种常温下即可发生可逆相变的智能材料，没有磁场时，磁流变液是牛顿流体；施加磁场后，磁流变液迅速转变为粘弹性半固体状态。磁流变液多是以磁流变阻尼器的形式实现抑振。
专利文件CN112460185A所公开的单出杆磁流变阻尼器，通过在活塞组件内形成孔道，并通过隔离件、弹簧和孔道的配合补偿缸体内腔体积变化。该技术方案中，由于弹簧的弹性能容易发生变化，无法长期提供一致的弹力，因此无法保证阻尼器的补偿能力保持长期一致。此外，在该技术方案中，导向块的设置虽然解决了活塞发生晃动的问题，但导向块本身就会对磁流变液在过流通道内的流动造成难以测量的阻力，因此难以精确控制和调节阻尼器的阻尼大小。
美国专利US6471018B1发明了一种新型的磁流变减振器，其阻尼通道位于活塞的外表面，呈不规则的S型，由此增加了受磁场强度作用的阻尼通道长度，提升可调阻尼范围。但没有考虑稳定性因素，以及非线性力的干扰，且没有反馈机制。
上述研究均未提及使用控制器实时改变磁流变阻尼效应及吸振能力，从而适应薄壁件加工中的模态特性变化的主动抑振方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是克服上述方法的不足，针对薄壁件铣削颤振问题，通过使用控制器调节磁流变的阻尼效应，提供了一种基于控制器调节磁流变阻尼效应改善薄壁件动态特性从而实现薄壁件颤振抑制的方法。该方法中，将磁流变阻尼颤振抑制装置作为装夹装置与驱动器，将磁流变液注满薄壁件与夹具间隙，通过控制器改变磁场强度来改变磁流变液的励磁固化状态，进而改变工件动力学特性，实现薄壁件加工抑振。在薄壁件加工的过程中，通过实时采集薄壁件的位移振动信号并通过数据采集卡输送到史密斯—自抗扰(S-ADRC)控制器中，计算得到的控制量从数据采集卡输出至功率放大器后再输入到磁流变阻尼颤振抑制装置中，改变磁流变阻尼颤振抑制装置的输入电压，从而改变磁流变阻尼效应以适应薄壁件的动态特性变化，最终实现基于S-ADRC控制器的磁流变薄壁件自适应抑振调控。
本发明采用的技术方案是：
一种基于S-ADRC控制器的薄壁件磁流变抑振方法，薄壁件的振动位移信号由电涡流传感器监测并通过数据采集卡传输到电脑中作为S-ADRC控制器的输入；S-ADRC控制器实时计算位移信号并将计算结果通过数据采集卡模拟端输出；输出信号再经功率放大器放大后输出到磁流变阻尼颤振抑制装置来改变磁场，进而改变磁流变液的阻尼状态来改善薄壁件的动态特性，最终实现薄壁件颤振的主动抑制。具体步骤如下：
第一步，磁流变抑振控制系统设计
磁流变抑振控制系统的硬件部分包括磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ、电涡流传感器2、数据采集卡8、功率放大器7和计算机9。
所述磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ采用对极磁轭结构，由底座6、磁轭5、电磁线圈4和容器3四个部分组成。其中，容器3和磁轭5均安装在底座6上，且容器3位于两磁轭5之间；电磁线圈4通过磁轭5安装在容器3两侧。容器3底部加工螺栓孔用于安装工件1，容器3中填充磁流变液；容器3两侧的电磁线圈4通电后形成磁场，增强容器3内磁流变液的阻尼效果，提高工件1的加工稳定性。
加工过程中，振动位移信号由电涡流传感器2实时采集，并经数据采集卡8传输至计算机9中进行解算；控制量通过数据采集卡8传输至功率放大器7中进行放大后输出到磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ，改变电磁线圈4的励磁磁场，从而调控磁流变液阻尼状态，达到抑制加工振动的目的。
第二步，磁流变抑振控制系统的动力学建模
工件1加工时的振动是由工件1与铣刀之间的碰撞引起的。当只考虑工件1在垂直于刀具进给方向的振动时，铣削系统的单自由度铣削动力学模型可写为
式中，m、c和k分别表示铣削系统的质量、线性阻尼和刚度。当工件1浸入磁流变液中进行铣削时，磁流变液的粘性阻尼会增加系统的阻尼系数。本发明利用磁流变阻尼器的非线性阻尼力代替原来的线性阻尼，通过实时改变输入电压来调整磁流变液的阻尼效果，以吸收工件1铣削产生的能量，保持加工稳定。磁流变阻尼器的非线性阻尼力用Bouc-Wen模型表示，可以准确描述磁流变阻尼器的滞后性能，描述如下
式中，x(t)是磁流变阻尼器的位移，c0是磁流变阻尼器的粘性阻尼，k0是磁流变液阻尼器刚度，α是磁滞系数，z为磁流变阻尼器的磁滞位移，v是一阶滤波器输出，αa、αb、c0a、c0b、η为磁流变阻尼器中与v相关的系数，n是与磁滞位移z相关的指数系数，u(t-τ)是输入到磁流变阻尼器的控制电压，用于调整磁滞的参数由γ、β和A表示，τ是磁流变阻尼器输出的时滞量。
将式(2)带入式(1)，用磁流变阻尼器的非线性阻尼力代替公式(1)中的线性阻尼。新的动力学模型可以表示为，
式中，
是磁流变抑振控制系统的干扰。
第三步，设计S-ADRC控制器
S-ADRC控制器主体由自抗扰控制器(ADRC)和Smith预估器组成。Smith预估器用来消除式(3)所示动力学模型中的时滞量τ。经过Smith预估器补偿时滞后，引入状态变量x1(t)和x2(t)，并定义一个新的状态变量x3(t)作为扩张状态，x3(t)＝f(x1,x2,w(t))，且
是有界的。可以将式(3)所示的磁流变抑振控制系统的动力学模型改写为状态空间方程：
式中，
d是磁流变抑振控制系统稳定时某时刻的电压输出量。
根据式(4)所示的磁流变抑振控制系统的状态空间方程，设计ADRC控制器中的扩张状态观测器；将其表示为
式中，z1(t),z2(t),z3(t)分别是x1(t),x2(t),x3(t)的观测值；β1,β2,β3是观测系数。
根据扩张状态观测器的输出，将ADRC设计如下：
u0(t)＝-kpz1(t)-kdz2(t) (6)
其中，kp和kd是控制器的增益系数。
最后对控制器的输出进行补偿，得到磁流变抑振控制系统的最终控制量为
第四步，磁流变抑振控制系统调控方式
加工时将工件1装夹在夹具中，其振动位移信号通过电涡流传感器2采集之后被传输到数据采集卡8上。在数据采集卡8中的时滞位移信号进行A/D转换，通过Smith预估器消除时滞的影响。然后将位移信号和目标值输入ADRC中，通过扩张状态观测器观测后输出控制量。采集程序和S-ADRC控制器在LabVIEW软件中实现。最后将控制量再次传输到采集卡8，经过D/A转换后，传输到功率放大器7。控制器的输出被放大并传输到磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ，引起了磁场的变化，进而引起了磁流变液的阻尼状态的变化，调控工件1的固有特性，实现自适应加工抑振。
本发明的有益效果是：本发明在ADRC的基础上采用类Smith预估器，解决了ADRC模块输出信号与输入信号在时间轴上的不一致性，消除了时滞对受控对象输入的影响，进一步提高了控制系统的鲁棒性；利用磁流变液特性，实时根据振动位移信号输出调控量，调控磁流变液励磁特性，进而调控薄壁件的固有特性，实现实时自适应加工抑振。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
图2为磁流变抑振控制系统的结构示意图。
图3为工件的振动曲线图；其中(a)为没有控制时工件的振动曲线图，(b)为施加控制器时工件的振动曲线图。
其中：Ⅰ-磁流变阻尼颤振抑制装置，1-工件，2-电涡流传感器，3-容器，4-电磁线圈，5-磁轭，6-底座，7-功率放大器，8-数据采集卡，9-计算机。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案详细说明本发明的实施方式。
薄壁平板，铝合金材料，厚度为5mm，尺寸为110mm×70mm；羰基铁粉磁流变液由40％体积分数羰基铁粉与60％体积分数硅油制成，密度3.55g/ml。铣削力为100N，铣刀直径为10mm。
如图1所示，本发明设计了一种基于磁流变阻尼调控的薄壁件加工抑振方法，将S-ADRC控制器应用于薄壁件的颤振抑制系统，是集信号采集、分析处理和反馈控制于一体的薄壁件抑振的自适应调控方法。实施例中将磁流变液容器3固定在底座6上，工件1通过螺栓紧固在容器3中，容器3中填充有适量磁流变液；电磁线圈4通过磁轭5固定在容器3两侧，通电后产生对称分布的电磁场，为磁流变液励磁固化提供磁场环境。电涡流传感器2用支架固定于工件1的非切削侧，通过数据采集卡8把采集的位移振动信号传输到计算机9中，通过S-ADRC控制器进行处理、预测；预测值经数据采集卡8传递给功率放大器7进行放大，放大后的信号输出到磁流变阻尼颤振装置Ⅰ调节电磁线圈中的电流，变化磁流变夹持装置的夹持力，实现抑振。
所述薄壁件磁流变抑振方法的具体步骤如下：
第一步，磁流变抑振控制系统设计
磁流变颤振抑制控制系统的硬件部分由磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ、电涡流传感器2、数据采集卡8、功率放大器7和计算机9组成。
其中，磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ采用对极轭结构，由底座6、磁轭5、电磁线圈4和容器3四个部分组成。工件1安装在磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ中，电涡流传感器2安装在工件1的非切削侧，距离工件1表面0.5mm。电涡流传感器2由24V电源供电，另一端接数据采集卡8的输入端口，电涡流传感器2采集的位移信号传送到数据采集卡8。带时滞的位移信号在数据采集卡8中进行A/D转换，通过Smith预估器消除时滞的影响。然后将位移信号和目标值输入ADRC，通过扩张状态观测器观察后输出控制量。采集程序和S-ADRC控制器在LabVIEW软件中实现。最后将控制量再次传送到采集卡8，经过D/A转换后传送到功率放大器7。功率放大器7的输入端与数据采集卡8的输出端相连，功率放大器7的输出端与磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ相连。控制器的输出经过放大后传输到磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ，改变磁流变液的阻尼，提高薄壁零件的加工稳定性，从而将薄壁零件的振动抑制到目标值。
第二步，磁流变抑振控制系统的动力学建模
工件1加工时的振动是由工件1与铣刀之间的碰撞引起的。工件1半浸没在磁流变液中，假设工件1在铣削力的作用下沿垂直于刀具进给方向高速振动，装满磁流变液的容器3视为以挤压模式下工作的磁流变阻尼器。将工件1视为欧拉-伯努利梁，当它在铣削力作用下振动时，受迫振动方程可表示为
其中，EI代表工件的抗弯刚度，ρl是工件1单位长度的质量，F(t)是工件1受到的铣削力。工件1的振动位移可表示为
其中，φi(z)是薄壁零件的模态函数，i＝1,2,3,...,n；qi(t)是磁流变抑振控制系统的广义坐标。假设工件1的长度为l，根据能量法，振动产生的动能Ek、弯曲势能Ep和阻尼耗散Ec可表示为
其中
是磁流变抑振控制系统的广义质量，
是磁流变抑振控制系统的广义刚度，
是磁流变抑振控制系统的广义阻尼。c1是工件1的阻尼系数。i＝1,2,3,...,n，j＝1,2,3,...,n。铣削力所做的功可以表示为
式中，δ(l)表示工件1的微小长度。广义力Qi可以定义为
将Ek、Ep、Ec、δW代入到拉格朗日方程(13)中，可以得到式(1)所示的铣削系统的单自由度铣削动力学模型。
磁流变阻尼器的非线性阻尼力用Bouc-Wen模型表示，可以准确描述磁流变阻尼器的滞后性能，可描述如式(2)。将式(2)带入式(1)，用磁流变阻尼器的非线性阻尼力代替原来的线性阻尼。新的动力学模型可以表示为式(3)。
第三步，设计S-ADRC控制器
控制器主体由ADRC模块和Smith预估器模块组成。ADRC模块首先给定目标信号，由跟踪微分器得到实际模型跟踪的信号，扩张状态观测器根据电机的控制输入和实际输出得到观测的信号和扰动，与跟踪的信号做差得到误差，由非线性状态误差反馈将误差进行非线性组合，减去扰动即为实际的控制输入。但是，单一的ADRC模块无法较好地兼顾消除时滞与抗干扰能力。因此引入Smith预估模块解决ADRC模块输出信号与输入信号在时间轴上的不一致性，消除了时滞对受控对象输入的影响。
根据式(3)求出磁流变抑振控制系统的传递函数为
将式(14)所示的传递函数表示为Gp(s)和e-τs的乘积，用Smith预估器对时滞量进行补偿，补偿时滞后磁流变抑振控制系统的闭环传递函数为
如此一来，控制量和位移信号在时间轴上达到了统一。磁流变抑振控制系统的动力学模型转变为
引入状态变量x1(t)和x2(t)，定义一个新的状态变量x3(t)作为扩张状态，x3(t)＝f(x1,x2,w(t))，且
是有界的。将式(16)所示的动力学模型写成状态空间方程可以表示成式(4)。
根据式(4)所示的状态空间方程，磁流变抑振控制系统的扩张状态观测器方程可以表示为
方程式(17)中矩阵的详细信息如下：
磁流变抑振控制系统的扩张状态观测器可以化简为式(5)；
根据式(5)所示扩张状态观测器的输出，将ADRC设计如式(6)；
最后对控制器的输出进行补偿，得到磁流变抑振控制系统的最终控制量为式(7)。
第四步，磁流变抑振控制系统调控方式
加工时工件1装夹在磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ中，其振动位移信号通过电涡流传感器2采集之后被传输到数据采集卡8上。在数据采集卡8中的时滞位移信号进行A/D转换，通过Smith预估器消除时滞的影响。然后将位移信号和目标值输入ADRC，通过扩张状态观测器观测后输出控制量。采集程序和S-ADRC控制器在LabVIEW软件中实现。最后将控制量再次传输到采集卡8，经过D/A转换后，传输到功率放大器7。控制器的输出被放大并传输到磁流变阻尼颤振抑制装置Ⅰ，引起了磁场的变化，进而引起了磁流变液的阻尼状态的变化，调控工件1的固有特性，实现自适应加工抑振。
对于ADRC模块输出信号与输入信号在时间轴上的不一致性问题，本发明在ADRC的基础上加入Smith预估器，使得系统消除了时滞对受控对象输入的影响，进一步提高了控制系统的鲁棒性；利用磁流变液特性，实时根据振动位移信号输出调控量，调控磁流变液励磁特性，进而调控薄壁件的固有特性，实现稳定的自适应加工抑振，同时具体良好的实时性和可靠性。
Claims (1)
1.一种基于S-ADRC控制器的薄壁件磁流变抑振方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步，磁流变抑振控制系统设计
磁流变抑振控制系统的硬件部分包括磁流变阻尼颤振抑制装置(Ⅰ)、电涡流传感器(2)、数据采集卡(8)、功率放大器(7)和计算机(9)；
所述磁流变阻尼颤振抑制装置(Ⅰ)采用对极磁轭结构，由底座(6)、磁轭(5)、电磁线圈(4)和容器(3)组成；其中，容器(3)和磁轭(5)均安装在底座(6)上，且容器(3)位于两磁轭(5)之间；电磁线圈(4)通过磁轭(5)安装在容器(3)两侧；所述容器(3)中安装工件(1)，容器(3)中填充磁流变液；容器(3)两侧的电磁线圈(4)通电后形成磁场，增强容器内磁流变液的阻尼效果，提高工件的加工稳定性；
加工过程中，振动位移信号由电涡流传感器(2)实时采集，并经数据采集卡(8)传输至计算机(9)中进行解算；控制量通过数据采集卡(8)传输至功率放大器(7)中进行放大后输出到磁流变阻尼颤振抑制装置(Ⅰ)，改变电磁线圈(4)的励磁磁场，从而调控磁流变液阻尼状态，实现抑制加工振动；
第二步，磁流变抑振控制系统的动力学建模
工件(1)加工时的振动是由工件(1)与铣刀之间的碰撞引起的；当只考虑工件(1)在垂直于刀具进给方向的振动时，铣削系统的单自由度铣削动力学模型为
式中，m、c和k分别表示铣削系统的质量、线性阻尼和刚度；当工件(1)浸入磁流变液中进行铣削时，磁流变液的粘性阻尼会增加系统的阻尼系数；
磁流变阻尼器的非线性阻尼力用Bouc-Wen模型表示，可以准确描述磁流变阻尼器的滞后性能，描述如下
式中，x(t)是磁流变阻尼器的位移，c0是磁流变阻尼器的粘性阻尼，k0是磁流变液阻尼器刚度，α是磁滞系数，z为磁流变阻尼器的磁滞位移，v是一阶滤波器输出，αa、αb、c0a、c0b、η为磁流变阻尼器中与v相关的系数，n是与磁滞位移z相关的指数系数，u(t-τ)是输入到磁流变阻尼器的控制电压，用于调整磁滞的参数由γ、β和A表示，τ是磁流变阻尼器输出的时滞量；
将式(2)带入式(1)，用磁流变阻尼器的非线性阻尼力代替公式(1)中的线性阻尼；新的动态模型表示为
式中，
是磁流变抑振控制系统的干扰；
第三步，设计S-ADRC控制器
S-ADRC控制器主体由自抗扰控制器ADRC和Smith预估器组成；Smith预估器用来消除式(3)所示动力学模型中的时滞量τ；经过Smith预估器补偿时滞后，引入状态变量x1(t)和x2(t)，并定义一个新的状态变量x3(t)作为扩张状态，x3(t)＝f(x1,x2,w(t))，且
是有界的；将式(3)所示的磁流变抑振控制系统的动力学模型改写为状态空间方程：
式中，
d是磁流变抑振控制系统稳定时某时刻的电压输出量；
根据式(4)所示的磁流变抑振控制系统的状态空间方程，设计ADRC控制器中的扩张状态观测器；将其表示为
式中，z1(t),z2(t),z3(t)分别是x1(t),x2(t),x3(t)的观测值；β1,β2,β3是观测系数；
根据扩张状态观测器的输出，将ADRC设计如下：
u0(t)＝-kpz1(t)-kdz2(t) (6)
其中，kp和kd是控制器的增益系数；
最后对控制器的输出进行补偿，得到磁流变抑振控制系统的最终控制量为
第四步，磁流变抑振控制系统调控方式
加工时将工件(1)装夹在磁流变阻尼颤振抑制装置(Ⅰ)中，其振动位移信号通过电涡流传感器(2)采集之后被传输到数据采集卡(8)上；在数据采集卡(8)中的时滞位移信号进行A/D转换，通过Smith预估器消除时滞的影响；然后将位移信号和目标值输入ADRC中，通过扩张状态观测器观测后输出控制量；最后将控制量再次传输到采集卡(8)，经过D/A转换后，传输到功率放大器(7)；控制器的输出被放大并传输到磁流变阻尼颤振抑制装置(Ⅰ)，引起了磁场的变化，进而引起了磁流变液的阻尼状态的变化，调控工件(1)的固有特性，实现自适应加工抑振。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210392051.8A CN114776760B (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 一种基于s-adrc控制器的薄壁件磁流变抑振方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210392051.8A CN114776760B (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 一种基于s-adrc控制器的薄壁件磁流变抑振方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114776760A true CN114776760A (zh) | 2022-07-22 |
| CN114776760B CN114776760B (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=82429873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210392051.8A Active CN114776760B (zh) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 一种基于s-adrc控制器的薄壁件磁流变抑振方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114776760B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091224A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-09-23 | 上海交通大学 | 用于薄壁件镜像铣削的射流主动抑振装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105935795A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-09-14 | 哈尔滨理工大学 | 薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法 |
| CN106363450A (zh) * | 2016-09-07 | 2017-02-01 | 北京理工大学 | 一种铣削颤振在线抑制方法 |
| CN107976904A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-05-01 | 江苏大学 | 磁流变半主动悬架泰勒级数-二重h2时滞补偿控制方法 |
| CN108857555A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-11-23 | 衢州学院 | 基于磁流变液的变阻尼变刚度刀架的切削颤振抑制方法 |
| CN111734772A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-02 | 大连理工大学 | 一种薄壁件加工中的磁流变抑振方法 |
| CN114278695A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-05 | 西北工业大学 | 一种基于磁流变阻尼器的薄壁件加工振动半主动控制方法 |
-
2022
- 2022-04-14 CN CN202210392051.8A patent/CN114776760B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105935795A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-09-14 | 哈尔滨理工大学 | 薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法 |
| CN106363450A (zh) * | 2016-09-07 | 2017-02-01 | 北京理工大学 | 一种铣削颤振在线抑制方法 |
| CN107976904A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-05-01 | 江苏大学 | 磁流变半主动悬架泰勒级数-二重h2时滞补偿控制方法 |
| CN108857555A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-11-23 | 衢州学院 | 基于磁流变液的变阻尼变刚度刀架的切削颤振抑制方法 |
| CN111734772A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-02 | 大连理工大学 | 一种薄壁件加工中的磁流变抑振方法 |
| CN114278695A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-05 | 西北工业大学 | 一种基于磁流变阻尼器的薄壁件加工振动半主动控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨毅青;谢日成;徐东东;: "旋转变刚度阻尼器抑制薄壁零件铣削颤振", 振动与冲击, no. 02, 28 January 2018 (2018-01-28) * |
| 王维锐;潘双夏;王芳;杨礼康;: "磁流变液减振器模拟工况实验台控制策略研究", 浙江大学学报(工学版), no. 12, 28 December 2005 (2005-12-28) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091224A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-09-23 | 上海交通大学 | 用于薄壁件镜像铣削的射流主动抑振装置及方法 |
| CN115091224B (zh) * | 2022-08-05 | 2024-05-10 | 上海交通大学 | 用于薄壁件镜像铣削的射流主动抑振装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114776760B (zh) | 2024-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yokoyama et al. | A model following sliding mode controller for semi-active suspension systems with MR dampers | |
| Kitching et al. | Performance of a semi-active damper for heavy vehicles | |
| CN103879571B (zh) | 一种竖直方向恒力系统 | |
| CN114776760B (zh) | 一种基于s-adrc控制器的薄壁件磁流变抑振方法 | |
| CN110985580B (zh) | 一种减振器 | |
| CN105935795A (zh) | 薄壁件铣削过程中的可调阻尼式减振抑颤装置及减振方法 | |
| CN109334376B (zh) | 磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统及其构造方法 | |
| US6078114A (en) | Method and apparatus for vibration reduction/control in a variable reluctance linear motor | |
| Munoa et al. | Tuneable clamping table for chatter avoidance in thin-walled part milling | |
| CN110153781A (zh) | 基于弯曲型致动器的薄壁件加工振动抑制装置及方法 | |
| Altintas et al. | Dynamic stiffness enhancement of direct-driven machine tools using sliding mode control with disturbance recovery | |
| CN108279570A (zh) | 一种含mrd的拖拉机驾驶室悬置控制方法 | |
| Nekoui et al. | Optimal control of an active suspension system | |
| CN111734772B (zh) | 一种薄壁件加工中的磁流变抑振方法 | |
| Jiang et al. | Vibration suppression of complex thin-walled workpiece based on magnetorheological fixture | |
| CN114278695B (zh) | 一种基于磁流变阻尼器的薄壁件加工振动半主动控制方法 | |
| CN114623184A (zh) | 一种适用于电磁减振器的智能调节系统 | |
| Fallah et al. | Design, analysis, and implementation of a new adaptive chatter control system in internal turning | |
| Fallah et al. | Investigation on nonlinear dynamics and active control of boring bar chatter | |
| CN113565912B (zh) | 一种共振频率自适应快速可调的动力吸振结构及方法 | |
| CN107269757A (zh) | 一种直动式可控刚度的磁流变液减振器 | |
| JP2010095211A (ja) | 車両のサスペンション装置 | |
| Sarath et al. | Application of smart fluid to control vibration in metal cutting: a review | |
| Alshabatat et al. | Impact of using an inerter on the performance of vehicle active suspension | |
| Abakumov et al. | Investigations of the dynamic characteristics of an active vibration–isolation system of an object with varying parameters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |