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基于智能材料与结构的切削颤振在线控制

作　者: 吕海波
导　师: 张春良
学　校: 南华大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 隐马尔可夫模型(HMM) 切削颤振电流变阻尼器模糊控制
分类号: TG506
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

对切削颤振实行监控包括两方面的问题，一是颤振征兆的早期识别，一是振动的实时控制。隐马尔可夫模型(HMM)在语音识别中的成功应用使我们看到了其在切削颤振早期识别应用的可能性，并取得了初步的研究成果。电流变液是一种智能材料，它的表观粘度和剪切屈服应力可随外加电场发生快速可控的变化。这种独特的性能，使得电流变液可被用作一种可控阻尼介质，为实现振动的实时控制提供了新的思路。本文以国家自然科学基金项目“基于隐马尔可夫模型的切削颤振在线监测与控制的研究”(编号：50375070)为基础，提出硕士学位论文题目“基于智能材料与结构的切削颤振在线控制”。本文首先对电流变液及电流变阻尼器进行了深入分析，并设计制造了一种基于剪切模式的电流变阻尼器。测试了电流变液的静态剪切屈服应力、剪切模量及电导率等特性参数，讨论了多种因素对其性能的影响。基于Bingham塑性理论，建立了这种电流变阻尼器的力学模型。并通过激振试验和切削试验，获得了电流变阻尼器在不同情况下的振动衰减。试验结果表明电流变液能很好的实现振动的实时控制，并能有效地抑制切削颤振的发生。由于电流变液阻尼变化没有精确的数学表达式，所以在对电流变阻尼器进行电压控制时，实行模糊控制能较好地满足控制要求。基于电流变阻尼器的力学模型，对模糊控制进行了仿真，并讨论了其实现方案。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-22
  1.1 引言  7
  1.2 切削颤振机理研究  7-12
    1.2.1 切削加工过程中的非线性  8-9
    1.2.2 摩擦型颤振  9-10
    1.2.3 再生型颤振  10-11
    1.2.4 模态耦合型颤振  11-12
    1.2.5 热力学颤振  12
  1.3 机床切削颤振的在线监测与预报  12-15
    1.3.1 传感信号选用  13-14
    1.3.2 特征量提取  14
    1.3.3 预报判决方法  14-15
  1.4 隐马尔可夫模型(HMM)及应用于切削颤振预报  15-19
    1.4.1 HMM基本理论  15-16
    1.4.2 HMM的算法  16-17
    1.4.3 试验研究及结果分析  17-19
  1.5 机床切削颤振控制的研究现状  19-22
    1.5.1 机床切削颤振的切削参数调整的控制方法  19
    1.5.2 机床切削颤振的振动控制方法  19-20
    1.5.3 智能材料在切削颤振控制中的应用  20-22
第二章电流变材料机理及性能测试  22-32
  2.1 引言  22
  2.2 电流变液  22-23
  2.3 电流变液的性能  23-25
  2.4 电流变效应的机理  25-26
  2.5 电流变液性能的影响因素  26-27
  2.6 电流变液性能测试  27-29
    2.6.1 测试仪器  27-28
    2.6.2 测试方法  28-29
  2.7 性能测试  29-32
    2.7.1 静态剪切屈服应力的测试  29-30
    2.7.2 剪切模量的测试  30-31
    2.7.3 电导率的测量  31-32
第三章基于ERF阻尼器及应用于切削颤振的理论研究与仿真分析  32-40
  3.1 引言  32
  3.2 电流变阻尼器的工作原理  32-35
    3.2.1 基于剪切模式的电流变减振器  33-34
    3.2.2 基于流动模式的电流变减振器  34
    3.2.3 基于挤压模式的电流变减振器  34-35
  3.3 电流变阻尼器的设计  35-36
  3.4 电流变阻尼器理论模型分析  36-38
  3.5 计算机仿真与结果分析  38-40
第四章电流变阻尼器应用于切削颤振抑制的试验研究  40-47
  4.1 引言  40
  4.2 实验方案设计  40-42
    4.2.1 实验装置及仪器介绍  40-41
    4.2.2 正常切削情况下电流变阻尼器对振动抑制的测试方案  41
    4.2.3 电流变阻尼器对颤振抑制的测试方案  41-42
  4.3 振动控制实验  42-44
  4.4 实验结果与分析  44-47
    4.4.1 直棒切削时电流变阻尼器减振实验结果分析  44-46
    4.4.2 锥棒切削时电流变阻尼器减振实验结果分析  46
    4.4.3 综合分析  46-47
第五章电流变阻尼器的模糊控制研究  47-59
  5.1 模糊控制原理  47-48
  5.2 基本模糊控制器的设计  48-55
    5.2.1 精确量的模糊化  48-49
    5.2.2 语言变量的赋值  49-50
    5.2.3 Fuzzy控制算法的设计  50-55
  5.2 模糊控制仿真  55-59
    5.2.1 模糊逻辑工具箱介绍  55-56
    5.2.2 运用MATLAB对电流变阻尼器电压控制方案的仿真实现  56-59
第六章结论与展望  59-61
  6.1 本文总结  59
  6.2 未来展望  59-61
参考文献  61-64
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  64-65
致谢  65

基于智能材料与结构的切削颤振在线控制

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