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超磁致伸缩执行器车削加工系统控制方法研究

丁冰倩  
【摘要】:随着航空航天、汽车、生物医学、机床等行业的迅速发展,非圆零件在这些领域中的应用越来越广泛。在使非圆零件成形的方法中,车削技术与其他方法相比拥有加工效率好、精度高等优点,所以该方法在工业领域中尤其是对非圆零件的加工中,是一个能满足工业需求的切削加工方法。选择超磁致伸缩执行器(GMA)启动的非圆型面精密加工刀架,解决了传统硬靠模方法的不足,较好地完成了无模体的自动控制高精度的加工。GMA驱动的车削加工系统具有结构简易严密、重复精密度高、无间隔、坚硬不易变形、传动惯性小、工作持续稳定等优点,但是由于超磁致伸缩执行器的外加驱动磁场和输出位移之间存在明显的磁滞非线性会影响系统的控制效果,为了解决这个难题,本文选择超磁致伸缩执行器车削加工系统为研究对象,对其进行了以下研究:(1)介绍非圆型面零件车削加工驱动方式和超磁性伸缩执行器的控制方法研究现状,并对磁滞模型进行了简单的介绍;然后依据Jiles-Atherton模型,在此基础上创建了GMA的动力学模型;再引入车削力,建立GMA驱动的车削加工系统动力学模型。使用MATLAB中的Simulink仿真工具,对所建模型进行仿真验证,通过仿真结果验证模型的可行性。(2)以GMA车削加工系统动力模型为控制对象,依据模糊控制原理设计了模糊PID控制器,再与一般的PID控制器进行仿真对比,验证其优越性。最后加入干扰信号,通过仿真验证了模糊PID控制器具有更好的自调整能力。(3)考虑到磁滞非线性的存在会使超磁致伸缩执行器系统中存在定位误差,因此针对这一问题,设计一个RBF神经网络逆控制器来作为前馈控制器,并将模糊PID控制器作为反馈控制器,两者结合,通过MATLAB仿真进行位移特性实验,最后实验结果表明本文所采用的控制方法可以有效提高超磁致伸缩执行器系统的控制精度。


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