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迭代学习控制在活塞异型加工中的应用研究

作　者: 冯宗杰
导　师: 陈志华
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 活塞异型截面迭代学习控制预期学习控制反馈前馈学习控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 60次
引　用: 1次
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内容摘要

活塞是发动机的核心部件,其外圆截面为非圆亦被称为异型截面。普通车削无法实现异型车削,专用伺服刀架可进行异型车削,但对于截面形状复杂的活塞,加工误差较大,无法满足设计精度要求。在现有异型外圆加工设备的基础上,本文提出一种改进策略,旨在提高其加工复杂截面的精度。迭代学习控制是智能控制领域的一个重要分支,对于重复或类重复问题具有学习功能,其良好特性对于具有类重复性质的活塞异型截面加工,可有效提高伺服刀架跟踪精度,进而有效提高复杂截面的加工精度。本文介绍了活塞异型外圆数控加工的基本原理,活塞截面数据特性和现有伺服刀架的基本控制方法。针对现有伺服刀架加工复杂活塞频响不足、精度较低的问题,提出了基于迭代学习控制的改进策略并给出了实现流程。介绍了迭代学习算法的基本原理,详细介绍了预期迭代学习控制及反馈前馈迭代学习控制算法,通过MATLAB数值仿真证明了迭代学习算法应用于活塞加工的可行性。对学习前活塞加工测量数据进行离线反馈前馈迭代学习控制,修正伺服刀架的控制输入数据并进行了再加工,对比了迭代学习控制前后的加工误差。在800r/min的转速下,利用迭代学习控制对复杂活塞外圆进行数控车削,最大误差由原来的0.0248mm大幅度减小到0.0086mm。实验结果表明,所应用的迭代学习控制算法能有效提高复杂截面活塞的加工精度,控制算法简单、实用,可行性强。本文的工作对于提高复杂异型截面活塞的加工精度具有较高的理论价值与应用价值。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题研究的背景和意义  12-13
  1.2 活塞数控加工的国内外现状  13-15
  1.3 迭代学习控制的国内外现状  15-18
  1.4 课题的主要研究内容  18-20
第二章活塞外圆数控加工系统研究  20-35
  2.1 活塞及其截面数据特性分析  20-21
  2.2 活塞异型外圆数控加工原理  21-23
  2.3 高频响伺服刀架及其经典控制策略  23-28
    2.3.1 伺服刀架动力学分析  24-26
    2.3.2 伺服刀架的经典PID 控制  26-28
  2.4 现有伺服刀架加工复杂活塞存在的问题及改进策略  28-33
    2.4.1 复杂活塞截面  28-29
    2.4.2 复杂活塞加工存在的问题  29-32
    2.4.3 复杂活塞数控加工改进策略  32-33
  2.5 基于迭代学习控制的活塞异型外圆数控加工流程  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章迭代学习控制算法  35-44
  3.1 迭代学习控制的基本原理  35-37
  3.2 迭代学习控制问题的表述  37-39
    3.2.1 动力学特性的可重复性  37
    3.2.2 跟踪任务  37
    3.2.3 初始定位  37-38
    3.2.4 停止条件  38
    3.2.5 迭代学习控制的基本流程  38-39
  3.3 迭代学习控制基本算法  39-41
  3.4 迭代学习控制收敛性  41-42
  3.5 迭代学习算法在活塞加工的可行性分析  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章活塞外圆数控加工预期迭代学习控制  44-53
  4.1 预期迭代学习控制收敛性分析  44-46
    4.1.1 连续预期学习律  44-45
    4.1.2 离散预期学习律  45-46
  4.2 预期迭代学习算法实现  46-48
    4.2.1 连续控制器设计  47
    4.2.2 离散控制器设计  47-48
    4.2.3 算法实现  48
  4.3 活塞外圆数控加工预期迭代学习控制仿真  48-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章活塞外圆数控加工反馈前馈迭代学习控制  53-61
  5.1 反馈前馈迭代学习控制收敛性分析  53-56
  5.2 反馈前馈迭代学习控制算法实现  56-57
    5.2.1 反馈控制器C ( s )  56
    5.2.2 前馈迭代学习控制W ( t ), V ( t )  56-57
  5.3 活塞数控外圆反馈前馈迭代学习控制仿真  57-60
    5.3.1 系统无噪声输入仿真  58-59
    5.3.2 系统白噪声输入仿真  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章基于迭代学习控制的活塞异型外圆数控加工实验  61-73
  6.1 活塞异型外圆数控迭代学习控制加工方法  61-68
    6.1.1 迭代学习控制算法的选择  62-63
    6.1.2 活塞异型外圆测量装置  63-66
    6.1.3 系统模型辨识  66-68
  6.2 活塞异型外圆数控实验加工数据分析  68-72
  6.3 本章小结  72-73
第七章结论与展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
作者在学期间取得的学术成果  80-81
附录A 活塞外圆数控机床PTC5 加工参数  81-82
附录B 活塞外圆加工理论数据  82-84
附录C 活塞外圆加工测量数据  84-86
附录D 迭代学习反馈前馈控制仿真  86

迭代学习控制在活塞异型加工中的应用研究

内容摘要

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