自適應控制大作業(yè)

1、自適應控制大作業(yè)學 院 ：電氣與自動化工程學院姓 名 ： 學 號 ： 20專 業(yè) ： 控制科學與工程 使用自適應控制的數(shù)控加工狀態(tài)監(jiān)測摘要：在這項工作中，已經(jīng)開發(fā)了一種用于計算機數(shù)控（CNC）車削的自適應控制約束系統(tǒng)基于反饋控制和自適應控制/自整定控制。在自適應控制系統(tǒng)中，來自在線的信號必須進行測量，并將其反饋給機床控制器，以調(diào)整切削參數(shù)以進行加工一旦達到某個閾值，就可以停止。本工作的重點是開發(fā)可靠的自適應控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的目標是控制切削參數(shù)，保持位移和刀具磨損。使用Matlab 仿真，數(shù)字適應的實驗切割參數(shù)已經(jīng)確定了自適應控制狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的效率在不同的加工條件下，在不同的加工過程中被重新定

2、義。這項工作描述了自適應技術(shù)控制約束（ACC）加工系統(tǒng)的現(xiàn)狀。使用150 BHN硬度的AISI4140鋼作為工件材料，硬質(zhì)合金刀片在整個實驗中都被用作刀具材料。通過開發(fā)的方法，可以預測，如果在相同條件下測量進給和表面粗糙度，工具條件相當準確。研究了由于振動引起的位移、切割力、磨損和表面粗糙度之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞：自適應控制，狀態(tài)監(jiān)測，基于模型的控制系統(tǒng)和角度磨損，表面粗糙度，位移。1引言 狀態(tài)監(jiān)測在工業(yè)中越來越受歡迎，因為它在檢測潛在故障方面起了很好的作用。一般情況監(jiān)測技術(shù)的使用提高工廠的生產(chǎn)可用性并減少停機時間成本。可靠的自適應控制系統(tǒng)可以防止機器的停機或避免不必要的條件，例如震動，刀具磨損過

3、大，刀具使用壽命。在金屬切割運動中，工件的表面將考慮切割參數(shù)、切割力等等。但振動的影響較少受到關(guān)注。Prasad等人提出了一個監(jiān)控系統(tǒng)，由快速傅里葉組成變換預處理器，用于從線上生成特征聲光發(fā)射（AOE）信號來開發(fā)數(shù)據(jù)庫作出適當?shù)臎Q定。快速傅里葉變換（FFT）可以將AOE信號分解成不同頻帶在時域。這種方法也很廣泛用于金屬切割，檢測過程變化由于振動、工具磨損等而發(fā)生位移。 現(xiàn)代計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的缺點是加工參數(shù)，如進給速度，速度和切割深度，都被線性編程。 因此，許多數(shù)控系統(tǒng)在遠離操作條件的運行條件下運是無法正常工作的。 為保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量、降低加工成本并增加加工-效率，需要根據(jù)現(xiàn)代狀況監(jiān)測

4、策略給定時間調(diào)整加工參數(shù)實時滿足任何最佳加工條件。 由于潛在的經(jīng)濟利益，與自動化加工有關(guān)的CNC加工過程的控制目前受到重視?？刂萍夹g(shù)已被要求以某種形式的適應參數(shù)用于重新加工傳統(tǒng)地加工過程。這個問題是自適應控制。一個自適應控制系統(tǒng)由Stute和Goetz引入切割過程的。最常用的系統(tǒng)是自適應控制（MRAC）和自轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)（STR）。 Tomizuka等人提出一種自適應模型參考自適應控制器方法。這些控制器被模擬，評估和物理實現(xiàn)。對于過程中發(fā)生在沒有人的干擾的情況下，需要對加工進行有用的監(jiān)控。大多數(shù)通過測量切割力來實現(xiàn)，因為它們包含有關(guān)該過程的更多信息和刀具條件。裝配CNC系統(tǒng)具有現(xiàn)代適應性系統(tǒng)可以注意到

5、，最常用的自適應控制（AC）系統(tǒng)是約束控制（ACC）和約束在ACC系統(tǒng)中實施的是切削力，擺放由于振動，主軸轉(zhuǎn)角，電流和切割扭矩。操作參數(shù)通常為進給速度，切割深度和主軸轉(zhuǎn)速。所以我們將結(jié)合實施在線自適應控制通過線性優(yōu)化。在我們的交流系統(tǒng)中，進料速率盡管有變異，在線調(diào)整切割深度以保持不變位移和切割條件。 作為本工作的一部分，已經(jīng)開發(fā)了一種用于測試自適應系統(tǒng)的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)參數(shù)的仿真模型。 模擬后，該系統(tǒng)已經(jīng)完全準備好并協(xié)調(diào)一致，用于實際的CNC加工過程，特別是銑削和車削。2 AAC系統(tǒng)配置的狀況監(jiān)測 圖1給出了用于監(jiān)控切割工具的約束條件系統(tǒng)在當前的工作自適應控制的設(shè)計配置。 它包括一臺機器手推車，數(shù)

6、控機床，以及測量裝置輸出過程變量。 目前使用條件監(jiān)測的工作中提供的實驗數(shù)據(jù)，通過評估提出的數(shù)控車削切削刀具自適應控制約束系統(tǒng) 實驗數(shù)據(jù)為最初被送到機器控制器。 刀具參數(shù)的數(shù)字調(diào)整是以這種方式編程輸出過程的值變量將與初始值進行比較。 在這個階段，它產(chǎn)生新的輸入?yún)?shù)，以提高切割工具的壽命。 圖1 自適應約束控制系統(tǒng)配置2.1數(shù)控車削加工過程在線優(yōu)化的工序順序 在目前的整個實驗分析工作中，切削速度保持恒定。銑削過程優(yōu)化的步驟如下介紹。1）切削條件的確定，這是模擬的基本要素模型。2）切削條件進行了優(yōu)化。3）預編程確定算法發(fā)送到數(shù)控控制器。4）測得的位移、刀具磨損和表面粗糙度值被發(fā)送到自適應控制方案。5

7、）自適應控制方案調(diào)整最優(yōu)進給率，并把它送回機器。6）步驟1）至3）重復，直到終止加工。2.2刀具剔除標準 在這項工作中，刀具狀態(tài)進行了評估。在端面車削和端面銑削，刀具磨損用光學投影儀測量。同樣地，按振動嚴重性標準，位移在旋轉(zhuǎn)對象（工件）位移小于20M為沒有任何磨損，工具ANK磨損接受受范圍內(nèi)的位移在20米和60米之間，位移值超出60M是不可接受的標準。3狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)自適應控制評估方法 圖2是提出的控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)車削加工操作的目標參數(shù)，如進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、ANK磨損和位移。 圖2 ACC狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的方法論4車削用于切削參數(shù)動態(tài)調(diào)整的控制系統(tǒng)模擬器 圖3給出了所提出的系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖

8、。仿真圖包括數(shù)控系統(tǒng)仿真器、主模擬器、伺服驅(qū)動器、切削模擬器、參考塊和模型之間的相互關(guān)系。在一個自適應狀態(tài)監(jiān)測控制約束系統(tǒng)切割值的影響。采用了以下方法：1）位移值交叉20微米，然后立即減少輸入的參數(shù)，進給速度和切削深度以較小的值，以減少位移。這個磨損和表面粗糙度的后續(xù)價值減小了，切削速度不變。2）如果位移值跨越20微米，然后立即重新減少輸入的參數(shù)，切割的切割速度和深度以較小的值，以減少位移。因此，磨損和表面粗糙度值，將以恒定的進給速度增加。3）如果位移值穿過20微米，然后立即減少輸入?yún)?shù)，進給速度或切割速度減小以減少位移。對磨損值和表面粗糙度降低，同時保持恒定的切削深度。 在任何情況下，相關(guān)性

9、是確定位置值和磨損值之間的分布判斷刀具的狀態(tài)。在加工零件的表面質(zhì)量是一個最特殊的要求。主要指示機械零件表面的質(zhì)量是表面粗糙度。因為在切削區(qū)的高溫下，刀具尖端溫度升高，這反過來又導致刀具磨損和表面粗糙度增加。加工表面表面粗糙度6.3米以上的值被視為高度粗糙表面。在金屬切削操作中，表面粗糙度參數(shù)和相應的磨損可以通過實驗數(shù)據(jù)得出下面的關(guān)系。參數(shù)間關(guān)系來自下列關(guān)系的工具：磨損的位移、表面粗糙度，以及所有其他加工參數(shù)。 圖3 切割參數(shù)動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)仿真圖 在每種情況下，根據(jù)放置值和安裝磨損值，以判斷切削工具的狀況。加工零件表面質(zhì)量是最具體的要求。主要指示加工零件的表面質(zhì)量的指標是表面粗糙度。因為加工零件的

10、切割區(qū)域高溫，工具尖端溫度升高。這會軟化工具材料，這又導致工具磨損程度增加和零件材料表面粗糙度的變化，加工面與表面粗糙度超過6.3m的值被視為高度粗糙的表面。在金屬切削作業(yè)中，表面粗糙度參數(shù)和相應的角度磨損可以從實驗數(shù)據(jù)中導出跟隨關(guān)系。從參數(shù)之間的關(guān)系得出磨損方面的位移、表面粗糙度等其他加工參數(shù)。4.1基于模型的車削過程控制 一個基于模型的控制系統(tǒng)是一個根據(jù)動態(tài)變化修改其行為可以調(diào)節(jié)的的過程和干擾。 如果位移振動在加工過程中保持恒定，那么表面穩(wěn)定。 在以前的研究工作中，得出結(jié)論使用激光多普勒振動計獲得位移其提供使用脈沖在線測量位移的軟件。 這些測量的位移信號在模型控制器中用于調(diào)節(jié)位移振動。 這

11、項研究的主要目標是開發(fā)基于自適應模型的控制系統(tǒng)，其中可以解決加工控制問題。該擬議的控制系統(tǒng)的目標是規(guī)范車削加工操作參數(shù)如進給速度，和深度切割，并保持位移在約束值下恒定。5結(jié)果和討論5.1 ACC和ACC系統(tǒng)的位移變化 該圖顯示了工件的位移的三種不同條件特征。 加工工件時的位移過程主要取決于切削刀具邊緣的鋒利度、切割深度和進給速率。在加工過程開始時，隨著加工過程的減少降低切削刀具的鋒利度，這表示磨損了切割工具。 同樣的趨勢可以在表1中提供。 表1 自適應控制車削經(jīng)過實際校準的位移、硬度和磨損 該圖顯示了工件的位移，具有和不具有適應性結(jié)合的加工過程特征。工件的位移無需自適應控制力高。在加工中，一旦

12、輸入?yún)?shù)如此因為切割速度，進給速度和切割深度基于輸入?yún)?shù)被賦予系統(tǒng)和機床執(zhí)行加工操作。但輸出結(jié)果是沒有送到機床控制器一個反饋的時候沒有自適應控制系統(tǒng)進行加工。采用自適應控制加工時位移偏低，因為輸入?yún)?shù)是連續(xù)監(jiān)測的并且當輸出參數(shù)粗糙度改變時，磨損和位移值達到一定的約束值的。但在加工開始時由于加工ACC，也因為高刀具的清晰度，位移較大。在機器啟動之初，它達到一些高峰值，并繼續(xù)加工過程。刀具鋒利度最高用ACC加工的工件位移。5.2ACC系統(tǒng)和無ACC系統(tǒng)表面粗糙度的變化 該圖顯示了工件的表面粗糙度在有和沒有自適應控制三種不同的條件下。 粗糙度的工件主要受進料速率、深度的影響的切割和工件位移。 如圖5

13、所示，當沒有自適應控制，因為當機器沒有ACC，輸入?yún)?shù)不會改變輸出達到一定的約束值。5.3有ACC和無ACC系統(tǒng)工件的變化與安裝磨損 進料速度、切割深度的輸入?yún)?shù)、材料的硬度對切割有很大的影響。工具磨損從圖6觀察到角度磨損在加工過程開始時為0，隨著加工過程而增加加工時間。 觀察到刀具磨損隨著切割速度的增加而增加。刀具磨損低用ACC加工。 因為用ACC進行加工，輸入?yún)?shù)（如進給，深度）的在線更改的切割速度和切割速度約束值。 加工時刀具磨損較高沒有ACC。 其背后的原因是輸入?yún)?shù)即使輸出值達到約束也不會改變值。 圖4 ACC系統(tǒng)和無ACC系統(tǒng)位移變化 圖5 ACC系統(tǒng)和無ACC系統(tǒng)表面粗糙程度6結(jié)論 目前加工過程的控制由于其潛在的經(jīng)濟利益而引起與自動化加工過程相關(guān)重視?？刂菩枰撤N形式的參數(shù)調(diào)整用于加工傳統(tǒng)的技術(shù)，這個問題的解決方案就是自適應控制，自適應控制系統(tǒng)被引入到切割過程中。該研究工作提出了基于模型的動態(tài)系統(tǒng)調(diào)整切割參數(shù)。通過動態(tài)適應進給和主軸轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)控制表面粗糙度和工件上的切削力。表面粗糙度決定切割力。通過動態(tài)適應速率和主軸轉(zhuǎn)速，粗糙度