基于正交试验的加工过程伺服系统参数优选.pdf

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1、四论文基于正交试验的加工过程伺服系统参数优选陈耿新林若波(揭阳职业技术学院)摘要：针对加工过程伺服系统参数优选问题，提出一种基于正交试验的伺服系统参数优选方法。在分析、建立加工过程模型的基础上，选取伺服系统参数优选正交试验的因素与水平、指标，进而搭建伺服系统仿真平台并进行仿真试验，通过数据分析、参数优选得到伺服系统的最优参数，以改善系统动态性能和稳定性能。结果表明：对于n=600r／min、=1mrn／(V·s)、Ks=1670N／ram2、=2rnlTl、p=l的加工系统，其伺服系统的最优参数是指数m=O．6、阻尼系数0．8、自然频率09=30rad／s。关键词：加工过程

2、；伺服系统；正交试验；参数优选Youxin(2010)等利用混合进化算法优化液压伺服控O引言制系统PID控制参数，通过仿真验证该方法是有效的随着计算机仿真技术的发展及应用的推广，其己优化策略，并具有良好性能[7】。成为改变世界的第三种方法。在传统制造业的工艺计本文建立、分析加工过程尤其是伺服系统的模划、设备评估、新产品设计等领域引入仿真技术，以型，对影响加工过程伺服系统动态性能与稳定性的各提高生产工艺及技术。加工过程的仿真，可综合评估因素和水平进行探讨。利用Matlab搭建仿真平台，切削参数、切削力等因素的影响；也可以仿真刀具一通过正交试验法对伺服系统指数m、阻尼系数自工件

3、几何体，验证数控(numericalcontrol，NC)程然频率进行试验，以上升时间、稳定时间最序的正确性及加工零件的状况；更高层次地仿真还可大超调量口％组成的综合指标进行参数优选分析，得以建立加工环境模型(包括夹具、工作台和虚拟机床到最优参数。等)[1]。在虚拟制造技术的研究中，建立虚拟机床设1系统模型计模型，研究基于系统的机床仿真，具有重要意义。伺服系统是加工系统不可缺少的组成部分，可有加工过程模型框图如图I所示，该模型由伺服机效控制加工过程。加工过程中伺服系统参数是否合构、切削过程和检测装置等环节组成。理，关系到系统运行的稳定和加工质量。近年，国内外学者开展了伺服系

4、统参数优选的研究[2-9]。郑世祺(2013)等提出一种基于结合遗传算法和最d'--乘法的伺服系统参数优化算法，该算法具有较好的稳定性图I加工过程模型框图和正确性、较优的控制性能；刘成颖(2012)等建设进给速度为V，(mm／s)、伺服增益为立直线电机伺服系统矢量控制仿真模型，构建速度环(mm／(V·s))、伺服系统的自然频率为∞(rad／s)、连续整定目标函数，利用遗传算法对伺服系统各环控制器系统复域中的复数(即拉氏变换的算子)为S、阻尼各种参数进行优化整定，系统有较好动态特性【3]；系数为伺服输入为U(V)，则模型中伺服机构的二Sayed(2012)等提出一种基于改进型

5、生物地理分布阶系统可表示为：优化算法(modifiedbiogeography-basedoptimization，=—虫2(cos+co．2(【1)MBBo)的液压伺服控制系统PID参数优化方法，通s2+过Matlab进行仿真验证其有效性与优越性[61；Luo6：Ic基金项目：2012年度广东省教育科学“十二五”规划项目(2012JK267)设主轴转速为n(r／min)，切削时铣刀刀具齿数为2正交试验设计P，车削及钻削时p=l，则进给量f(mm／r)~表示为：正交试验是研究多因素试验问题的重要数学方60一pnvl(＼2)，法，其主要使用正交表进行整体设计、综合比较、统计分

6、析。其优点在于：大大简化试验次数，因素和水设切削力比为Ks(N／ram2)、指数为m(一般平搭配均衡、分散，试验结果整齐可比，且实验结果m<1)，、m均取决于工件的材料和刀具形状；背可反映各因素的主次及趋势。吃刀量为a(mm)，则静态切削力可表示为：正交试验应用于加工过程伺服系统参数优选，可==获得影响系统动态性能及稳定性的主次因素，进而提()厂(3)出改进加工过程伺服系统的有效措施，以改善系统动根据不同加工过程特征，动态过程可由式(3)态性能，保证控制系统稳定性，提高切削质量。表示。假设m=l，动态过程可由式(4)所示的一阶过2．1因素与水平选取程表示，式中f为时间常数。

7、通过系统模型分析，采用伺服机构的指数阻(引口尼系数自然频率∞这3个主要参数作为试验因素，一f)+1每个因素选取3个具有代表性的水平，研究加工过程最后经过传感器测量，可得到实际切削力如伺服系统参数优选。模型中取n=600r／rain、=1式(5)所示，式中为测力仪转换系数。mm／(V·s1、K~=1670N／mm2、Ke2mill、p=l。F=(51确定因素和水平后，选用正交表L9(3)，其中下标表示需进行9次，3表示4因素3水平。表1是因伺服系统是整个加工系统的重要环节，可用式(6)素和水平表，因素是指数m，对应3