基于压电陶瓷高速电主轴振动主动控制的研究

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1、重庆人学硕士学位论文中文摘要摘要高速加工技术的应用前景非常广阔，因为它可以速提高生产效率、缩短产品周期、降低生产成本和提高加工精度，是现代装备制造业高速、高效、高精度发展的大趋势。在超精密机床加工中，振动是影响加工质量的关键因素之一，必须予以重视。高速电主轴应用到高速机床在切削过程中始终伴有振动，振动小的工况下影响加工质量，振动大的工况下影响刀具和主轴的寿命，因此对于高速主轴的振动抑制，提高机床加工精度，对产品的加工质量的提升有着重要的意义。高速电主轴本身是一个复杂的机电系统，本文基于叠层式压电陶瓷作动器(PZT)主动控制研究的主要内容包括压电陶瓷特性、轴承转子系统和控

2、制策略的。具体的研究工作包括：由于PZT作动器具有体积小、响应快、位移量大及精度高等优点，本文优先选择用叠层式压电陶瓷作动器作为振动主动控制的执行元件。执行器性能的好坏直接影响整个系统的控制效果，因此首先对叠层式压电陶瓷做了相关原理性的介绍，之后主要针对其输出特性做了实验测试装置，并对实验测试结果进行整理，绘制相应的曲线图，对压电陶瓷本身的迟滞现象做了说明，就其迟滞建模、各阶滞回曲线关系做了分析。针对整个轴承转子系统，采用有限元方法划分了节点和单元，根据有限元法计算各节点的质量和刚度，并组集成整个转子系统的质量和刚度矩阵，计算了节点上的离心力。根据上述建立的轴承转子系统

3、的动力学方程，写出系统的状态空间方程，确定系统的系数矩阵A，输入矩阵B，输出矩阵C。采用状态反馈控制，通过matlab计算反馈矩阵，分析系统响应。通过本文研究的内容为后续的主动控制提供前期的研究基础，对于后续系统优化，在主轴上实现作动器结构提供理论上的参考。关键词：高速电主轴，振动主动控制，压电陶瓷(PzT)，LQP．最优控制，ABSTI认CTHi曲speedmachiningtechnologyisaverypromisingfieldforitimprovetheproductionefficiency,reducetheproductcycle，cutdownth

4、ecostandimprovetheprocessingaccuracywhichrepresentthehighspeed，hi曲accuracy,hi曲efficiencytendofthemodemequipmentmanufacturingindustry．Inthemachiningofultra—precisionmachinetools，vibrationisoneofthemostimportantfactorsthataffectthemachiningquality．Therearealwaysvibrationswhenthehi曲speedspi

5、ndleisappliedintothehighspeedmachinetools．Itdeterioratesthemachiningqualitywhenthereissmallvibrationwhileitreducesthelifetimeofcuttingtoolandspindle．Soitisthecontrolofthevibrationofthehigllspeedspindlethatcounts．Itwillraisethemachiningqualityandincreaselongevityofthemachinet001．Highspeed

6、spindleisacomplexmechatronicsystem．Theresearchofthispaper,mainlyfocusontheactivecontrolviapiezoelectricceramic，containsthecharacteristicsofpiezoelectricceramicandbearingsystem，controlstrategy．Themainresearchworkis：Smallvolume．fastresponseandlargedisplacementmakethePZTadescentactuator．The

7、multilayerpiezoelectricmaterialswhichareusedinthemainspindlevibrationsuspensionweretestedandanalyzed．Thestaticanddynamicoutputcharacteristics，lagandstiffnessofthematerialweretestedtoprovidedataformeactivevibrationcontrolsystem．Theresultsshowthatthiskindofmaterialswilloutp