车削振动的免疫PID控制研究

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1、第31卷第5期兵工学报V01．31No．52010年5月ACTAARMAMENTARIIMay2010车削振动的免疫PID控制研究李国平，林君焕，韩同鹏，潘晓彬(1．宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波315211；2．台州职业技术学院机电系，浙江台州318000)摘要：为减少车削过程中车刀产生的振动对工件加工精度的影响，开发了一种车削振动控制系统。系统中的执行器采用超磁致材料制作而成，能满足切削振动控制高精度和高频响的要求；同时采用柔性铰链结构设计专用刀架，解决了执行器回复力不足的问题；在完成系统的总体设计后，研究了超磁致伸缩执行器(GMA)和专用刀

2、架的工作原理，并分别建立了它们的传递函数模型。根据人工免疫原理，设计了一种免疫PID控制器，通过Matlab环境中的Simulink工具对控制系统进行仿真研究，并在数控(CNC)车床上进行了现场实验测试，结果证明该系统能很好地抑制车削加工时产生的振动干扰。关键词：机械制造工艺与设备；免疫PID控制；切削振动控制；超磁致伸缩执行器中图分类号：TH161．6文献标志码：A文章编号：1000．1093(2010)05-0580-06ResearchonTurningVibrationControlBasedonImmunePIDControllerLIGuo

3、—ping，LINJun—huan，HANTong．peng，PANXiao—bin(1．TheFacultyofMechanicalEngineeringandMechanics，NingboUniversity，Ningbo315211，Zhejiang，China；2．DepartmentofElectromechanical，TaizhouVocational＆TechnicalCollege，Taizhou318000，Zhejiang，China)Abstract：Asystemofturningvibrationcontrolwasdev

4、elopedanddesignedtosolvethemachiningpreci—sionproblemcausedbyvibrationdisturbance．Agiantmagnetostrictiveactuator(GMA)inthesystemsatisfiedthevibrationcontrolrequirementswel1．Aspecialtoolholderwasdesignedwithflexiblehingestructuretofixtheactuatorandthecuttingtoo1．Themathematicalmo

5、delsoftheactuatorandthetoolholderwerepresented．Accordingtotheimmuneprinciple，aimmunePIDcontrollerwasproposedtomatchthetoolholder．Finally，thevibrationcontrolstrategywassimulatedbyusingSimulink／MatlabandthentestedonaCNClathe．Theresultsshowthatthecontrollercaneffectivelysuppressthe

6、turningvibra—tion．Keywords：machinofaturetechniqueandequipment；immunePID；vibrationcontrolsystem；giantmag—netostrjctiveactt1ator。gin萎喜誉嘉近年来，各种精密的数控车床、数控铣床和加工降低。所以，切削振动的控制研究一直是机械制造中心因其优越的加工性能在国内得到越来越广泛的领域许多学者的研究方向。如：将压电陶瓷微应用。加工精度是衡量机床加工性能的一个重要指位移执行器应用在车削振动控制中，采用位移反馈收稿日期：2009—04—17基

7、金项目：浙江省自然科学基金资助项目(Y107792)；宁波市自然科学基金资助项目(2008A610037)作者简介：李国平(1967一)，男，副教授。E-mail：liguoping@nbu．edu．cn第5期车削振动的免疫PID控制研究581策略对切削过程的振动行为进行干预，进而实施对强度较大，所以使用时应对它施加合适的预压力。振动的主动控制，达到了明显的减振效果；把电GMA的力学模型如图2所示。设Ⅳ和z分别为流变材料应用于车床切削振动中，取得了一定的效激励线圈的匝数和长度；U和，分别为输入电压和果，振动加速度幅值由10m／s减小到2m／s，同时电流

8、。GMM棒在长度方向上由分离元件弹簧、阻尼被加工工件的表面粗糙度由明显改观；国外学者器和质量组