[发明专利]一种电主轴铣削颤振鲁棒主动控制方法及其主动控制系统

摘要

本发明公开了一种电主轴铣削颤振鲁棒主动控制方法及其主动控制系统，应用于包含作动装置的电主轴中，其中所述方法包括步骤：建立铣削颤振主动控制动力学模型；将铣削过程动力学模型转化为线性时不变模型；分析模态摄动，并对模型进行电主轴模态摄动建模；建立铣削颤振主动控制状态增广模型，并利用结构奇异值方法求解控制算法；使用所设计控制算法计算电主轴系统的主动控制力，进而获得驱动压电作动器对电主轴系统施加主动控制力的驱动电压。采用本发明方法和系统可有效抑制铣削加工时的颤振，扩大铣削稳定域，改善加工质量并提高加工效率。

主权项

1.一种电主轴铣削颤振鲁棒主动控制方法，所述方法包括以下步骤：第一步骤(S1)中：建立铣削颤振主动控制动力学模型：其中：M为电主轴系统质量矩阵，C为电主轴系统阻尼矩阵，K为电主轴系统刚度矩阵，z(t)为刀具正交的x，y方向的位移向量，为刀具正交的x，y方向的速度向量，为刀具正交的x，y方向的加速度向量，b为轴向切削深度，z(t‑τ)为切削系统时滞，H(t)为时变切削力系数矩阵，其周期与切削系统时滞相同为τ，F_a(t)为主动控制力；第二步骤(S2)中：对时变切削力系数矩阵H(t)在其一个周期τ内取平均值：式中：为平均后的切削力系数矩阵；和为平均后的切削力系数；利用逼近算法和状态增广将切削系统时滞z(t‑τ)线性化：式中：表示2L维状态向量，表示2L×2L维矩阵，表示2L×2维矩阵，表示2×2L维矩阵，为表示2×2维矩阵；第三步骤(S3)中：利用线性分式变化方法建立电主轴模态摄动模型：式中：x(t)是电主轴系统状态向量，qg(t)是摄动输出向量，pg(t)是摄动输出向量，A是系统状态矩阵，B1是力输入矩阵，B2是摄动输入矩阵，C1是摄动状态输出矩阵，C2是电主轴位移状态输出矩阵，D11是力前馈矩阵，D12摄动前馈矩阵；第四步骤(S4)中：建立铣削颤振主动控制状态增广模型并利用结构奇异值方法求解控制算法：式中：状态向量输入信号输出信号增广模型的状态空间矩阵如下：计算获得主动控制力；第五步骤(S5)中：根据压电作动器驱动电压‑输出力模型，利用计算得到的主动控制力来计算压电作动器所需的驱动电压。