基于磁懸浮軸承系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制研究.pdf

1、復(fù)雜曲面類零件在國(guó)防、運(yùn)載、能源等行業(yè)應(yīng)用廣泛，其制造水平代表著國(guó)家制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)五軸數(shù)控主動(dòng)控制以及數(shù)字制造的發(fā)展給復(fù)雜曲面的加工帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，而加工時(shí)的振動(dòng)或顫振嚴(yán)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(dòng)改變主軸系統(tǒng)剛度以抑制加工振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)磁懸浮軸承是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，其涵蓋了機(jī)械、電氣、電子、控制、計(jì)算機(jī)等

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

3、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的狀態(tài)空間模型。針對(duì)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(gè)基于離散時(shí)域且同時(shí)受到輸入與輸出約束的模型預(yù)測(cè)控制（MPC）算法，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的可行性并探究了不同的輸出約束對(duì)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(cè)控制策略對(duì)該系統(tǒng)的作用效果，仿真結(jié)果說(shuō)明該雙?？刂撇呗钥梢杂行У?cái)U(kuò)大系統(tǒng)的初始狀態(tài)吸引域，并可以較好的主動(dòng)抑制系統(tǒng)受到的外界擾動(dòng)。<

4、br>　　為了研究磁懸浮軸承對(duì)銑削加工過(guò)程振動(dòng)的抑制效果，本文介紹了項(xiàng)目組定制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)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(dá)40000轉(zhuǎn)/分，額定功率為20kW且高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)精度不超過(guò)±10μm；該主軸將安裝于五軸立銑機(jī)床上用以研究銑削加工過(guò)程中振動(dòng)或者顫振的主動(dòng)控制。
　　針對(duì)上述的電磁主軸，探究了其懸浮以及高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)子位移以及軸承線圈電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，并分析了其驅(qū)動(dòng)器工作電壓以及控制器