[发明专利]一种基于S-ADRC控制器的薄壁件磁流变抑振方法

说明书

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。

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：