基于磁懸浮軸承系統(tǒng)的振動主動控制研究.pdf

1、復(fù)雜曲面類零件在國防、運載、能源等行業(yè)應(yīng)用廣泛，其制造水平代表著國家制造業(yè)的核心競爭力。近年來五軸數(shù)控主動控制以及數(shù)字制造的發(fā)展給復(fù)雜曲面的加工帶來了機遇和挑戰(zhàn)，而加工時的振動或顫振嚴重影響了表面加工質(zhì)量和效率。因此，基于磁懸浮軸承電主軸的智能主軸單元利用其具有主動改變主軸系統(tǒng)剛度以抑制加工振動的優(yōu)點，展現(xiàn)了其在提高加工精度以及效率方面的巨大潛力。
　　主動磁懸浮軸承是典型的機電一體化設(shè)備，其涵蓋了機械、電氣、電子、控制、計算機等

2、學(xué)科的專業(yè)技術(shù)知識。磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身具有無接觸、無磨損、無需潤滑、高速、低功耗以及系統(tǒng)剛度可控等優(yōu)點，因此磁懸浮軸承經(jīng)常被用在渦輪機械、壓縮機、加工主軸等領(lǐng)域的振動抑制方面。然而，雖有如此之多的優(yōu)點，但磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身卻是個開環(huán)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，故在其受到外界擾動的情況下，如何使其穩(wěn)定且保持較高的剛度目前還是個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
　　本文首先介紹了一個柔性的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子平臺，并采用物理機理建模的方法得到了其多輸入多輸出且

3、開環(huán)不穩(wěn)定的狀態(tài)空間模型。針對該模型，本文先介紹了包含參數(shù)不確定性的μ綜合控制方法，其可以穩(wěn)定該系統(tǒng)且具有一定的魯棒性。接著，本文又提出了一個基于離散時域且同時受到輸入與輸出約束的模型預(yù)測控制（MPC）算法，仿真結(jié)果驗證了該算法的可行性并探究了不同的輸出約束對系統(tǒng)性能的影響。然后研究了受到輸入約束的雙模預(yù)測控制策略對該系統(tǒng)的作用效果，仿真結(jié)果說明該雙?？刂撇呗钥梢杂行У財U大系統(tǒng)的初始狀態(tài)吸引域，并可以較好的主動抑制系統(tǒng)受到的外界擾動。<

4、br>　　為了研究磁懸浮軸承對銑削加工過程振動的抑制效果，本文介紹了項目組定制的國內(nèi)首臺銑削電磁主軸（一種特殊的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)），該主軸的最高轉(zhuǎn)速可達40000轉(zhuǎn)/分，額定功率為20kW且高速旋轉(zhuǎn)時的回轉(zhuǎn)精度不超過±10μm；該主軸將安裝于五軸立銑機床上用以研究銑削加工過程中振動或者顫振的主動控制。
　　針對上述的電磁主軸，探究了其懸浮以及高速旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子位移以及軸承線圈電流的動態(tài)響應(yīng)過程，并分析了其驅(qū)動器工作電壓以及控制器