自适应控制大作业

1、自适应控制大作业学 院 ：电气与自动化工程学院姓 名 ： 学 号 ： 20专 业 ： 控制科学与工程 使用自适应控制的数控加工状态监测摘要：在这项工作中，已经开发了一种用于计算机数控（CNC）车削的自适应控制约束系统基于反馈控制和自适应控制/自整定控制。在自适应控制系统中，来自在线的信号必须进行测量，并将其反馈给机床控制器，以调整切削参数以进行加工一旦达到某个阈值，就可以停止。本工作的重点是开发可靠的自适应控制系统，控制系统的目标是控制切削参数，保持位移和刀具磨损。使用Matlab 仿真，数字适应的实验切割参数已经确定了自适应控制状态监测系统的效率在不同的加工条件下，在不同的加工过程中被重新定

2、义。这项工作描述了自适应技术控制约束（ACC）加工系统的现状。使用150 BHN硬度的AISI4140钢作为工件材料，硬质合金刀片在整个实验中都被用作刀具材料。通过开发的方法，可以预测，如果在相同条件下测量进给和表面粗糙度，工具条件相当准确。研究了由于振动引起的位移、切割力、磨损和表面粗糙度之间的关系。关键词：自适应控制，状态监测，基于模型的控制系统和角度磨损，表面粗糙度，位移。1引言 状态监测在工业中越来越受欢迎，因为它在检测潜在故障方面起了很好的作用。一般情况监测技术的使用提高工厂的生产可用性并减少停机时间成本。可靠的自适应控制系统可以防止机器的停机或避免不必要的条件，例如震动，刀具磨损过

3、大，刀具使用寿命。在金属切割运动中，工件的表面将考虑切割参数、切割力等等。但振动的影响较少受到关注。Prasad等人提出了一个监控系统，由快速傅里叶组成变换预处理器，用于从线上生成特征声光发射（AOE）信号来开发数据库作出适当的决定。快速傅里叶变换（FFT）可以将AOE信号分解成不同频带在时域。这种方法也很广泛用于金属切割，检测过程变化由于振动、工具磨损等而发生位移。 现代计算机数控（CNC）系统的缺点是加工参数，如进给速度，速度和切割深度，都被线性编程。 因此，许多数控系统在远离操作条件的运行条件下运是无法正常工作的。 为保证加工产品的质量、降低加工成本并增加加工-效率，需要根据现代状况监测

4、策略给定时间调整加工参数实时满足任何最佳加工条件。 由于潜在的经济利益，与自动化加工有关的CNC加工过程的控制目前受到重视。控制技术已被要求以某种形式的适应参数用于重新加工传统地加工过程。这个问题是自适应控制。一个自适应控制系统由Stute和Goetz引入切割过程的。最常用的系统是自适应控制（MRAC）和自转调节（STR）。 Tomizuka等人提出一种自适应模型参考自适应控制器方法。这些控制器被模拟，评估和物理实现。对于过程中发生在没有人的干扰的情况下，需要对加工进行有用的监控。大多数通过测量切割力来实现，因为它们包含有关该过程的更多信息和刀具条件。装配CNC系统具有现代适应性系统可以注意到

5、，最常用的自适应控制（AC）系统是约束控制（ACC）和约束在ACC系统中实施的是切削力，摆放由于振动，主轴转角，电流和切割扭矩。操作参数通常为进给速度，切割深度和主轴转速。所以我们将结合实施在线自适应控制通过线性优化。在我们的交流系统中，进料速率尽管有变异，在线调整切割深度以保持不变位移和切割条件。 作为本工作的一部分，已经开发了一种用于测试自适应系统的稳定性和协调参数的仿真模型。 模拟后，该系统已经完全准备好并协调一致，用于实际的CNC加工过程，特别是铣削和车削。2 AAC系统配置的状况监测 图1给出了用于监控切割工具的约束条件系统在当前的工作自适应控制的设计配置。 它包括一台机器手推车，数

6、控机床，以及测量装置输出过程变量。 目前使用条件监测的工作中提供的实验数据，通过评估提出的数控车削切削刀具自适应控制约束系统 实验数据为最初被送到机器控制器。 刀具参数的数字调整是以这种方式编程输出过程的值变量将与初始值进行比较。 在这个阶段，它产生新的输入参数，以提高切割工具的寿命。 图1 自适应约束控制系统配置2.1数控车削加工过程在线优化的工序顺序 在目前的整个实验分析工作中，切削速度保持恒定。铣削过程优化的步骤如下介绍。1）切削条件的确定，这是模拟的基本要素模型。2）切削条件进行了优化。3）预编程确定算法发送到数控控制器。4）测得的位移、刀具磨损和表面粗糙度值被发送到自适应控制方案。5

7、）自适应控制方案调整最优进给率，并把它送回机器。6）步骤1）至3）重复，直到终止加工。2.2刀具剔除标准 在这项工作中，刀具状态进行了评估。在端面车削和端面铣削，刀具磨损用光学投影仪测量。同样地，按振动严重性标准，位移在旋转对象（工件）位移小于20M为没有任何磨损，工具ANK磨损接受受范围内的位移在20米和60米之间，位移值超出60M是不可接受的标准。3状态监测系统自适应控制评估方法 图2是提出的控制系统的调节车削加工操作的目标参数，如进给速度、主轴转速、切削深度、ANK磨损和位移。 图2 ACC状态监测系统的方法论4车削用于切削参数动态调整的控制系统模拟器 图3给出了所提出的系统的仿真结构图

8、。仿真图包括数控系统仿真器、主模拟器、伺服驱动器、切削模拟器、参考块和模型之间的相互关系。在一个自适应状态监测控制约束系统切割值的影响。采用了以下方法：1）位移值交叉20微米，然后立即减少输入的参数，进给速度和切削深度以较小的值，以减少位移。这个磨损和表面粗糙度的后续价值减小了，切削速度不变。2）如果位移值跨越20微米，然后立即重新减少输入的参数，切割的切割速度和深度以较小的值，以减少位移。因此，磨损和表面粗糙度值，将以恒定的进给速度增加。3）如果位移值穿过20微米，然后立即减少输入参数，进给速度或切割速度减小以减少位移。对磨损值和表面粗糙度降低，同时保持恒定的切削深度。 在任何情况下，相关性

9、是确定位置值和磨损值之间的分布判断刀具的状态。在加工零件的表面质量是一个最特殊的要求。主要指示机械零件表面的质量是表面粗糙度。因为在切削区的高温下，刀具尖端温度升高，这反过来又导致刀具磨损和表面粗糙度增加。加工表面表面粗糙度6.3米以上的值被视为高度粗糙表面。在金属切削操作中，表面粗糙度参数和相应的磨损可以通过实验数据得出下面的关系。参数间关系来自下列关系的工具：磨损的位移、表面粗糙度，以及所有其他加工参数。 图3 切割参数动态调整系统仿真图 在每种情况下，根据放置值和安装磨损值，以判断切削工具的状况。加工零件表面质量是最具体的要求。主要指示加工零件的表面质量的指标是表面粗糙度。因为加工零件的

10、切割区域高温，工具尖端温度升高。这会软化工具材料，这又导致工具磨损程度增加和零件材料表面粗糙度的变化，加工面与表面粗糙度超过6.3m的值被视为高度粗糙的表面。在金属切削作业中，表面粗糙度参数和相应的角度磨损可以从实验数据中导出跟随关系。从参数之间的关系得出磨损方面的位移、表面粗糙度等其他加工参数。4.1基于模型的车削过程控制 一个基于模型的控制系统是一个根据动态变化修改其行为可以调节的的过程和干扰。 如果位移振动在加工过程中保持恒定，那么表面稳定。 在以前的研究工作中，得出结论使用激光多普勒振动计获得位移其提供使用脉冲在线测量位移的软件。 这些测量的位移信号在模型控制器中用于调节位移振动。 这

11、项研究的主要目标是开发基于自适应模型的控制系统，其中可以解决加工控制问题。该拟议的控制系统的目标是规范车削加工操作参数如进给速度，和深度切割，并保持位移在约束值下恒定。5结果和讨论5.1 ACC和ACC系统的位移变化 该图显示了工件的位移的三种不同条件特征。 加工工件时的位移过程主要取决于切削刀具边缘的锋利度、切割深度和进给速率。在加工过程开始时，随着加工过程的减少降低切削刀具的锋利度，这表示磨损了切割工具。 同样的趋势可以在表1中提供。 表1 自适应控制车削经过实际校准的位移、硬度和磨损 该图显示了工件的位移，具有和不具有适应性结合的加工过程特征。工件的位移无需自适应控制力高。在加工中，一旦

12、输入参数如此因为切割速度，进给速度和切割深度基于输入参数被赋予系统和机床执行加工操作。但输出结果是没有送到机床控制器一个反馈的时候没有自适应控制系统进行加工。采用自适应控制加工时位移偏低，因为输入参数是连续监测的并且当输出参数粗糙度改变时，磨损和位移值达到一定的约束值的。但在加工开始时由于加工ACC，也因为高刀具的清晰度，位移较大。在机器启动之初，它达到一些高峰值，并继续加工过程。刀具锋利度最高用ACC加工的工件位移。5.2ACC系统和无ACC系统表面粗糙度的变化 该图显示了工件的表面粗糙度在有和没有自适应控制三种不同的条件下。 粗糙度的工件主要受进料速率、深度的影响的切割和工件位移。 如图5

13、所示，当没有自适应控制，因为当机器没有ACC，输入参数不会改变输出达到一定的约束值。5.3有ACC和无ACC系统工件的变化与安装磨损 进料速度、切割深度的输入参数、材料的硬度对切割有很大的影响。工具磨损从图6观察到角度磨损在加工过程开始时为0，随着加工过程而增加加工时间。 观察到刀具磨损随着切割速度的增加而增加。刀具磨损低用ACC加工。 因为用ACC进行加工，输入参数（如进给，深度）的在线更改的切割速度和切割速度约束值。 加工时刀具磨损较高没有ACC。 其背后的原因是输入参数即使输出值达到约束也不会改变值。 图4 ACC系统和无ACC系统位移变化 图5 ACC系统和无ACC系统表面粗糙程度6结论 目前加工过程的控制由于其潜在的经济利益而引起与自动化加工过程相关重视。控制需要某种形式的参数调整用于加工传统的技术，这个问题的解决方案就是自适应控制，自适应控制系统被引入到切割过程中。该研究工作提出了基于模型的动态系统调整切割参数。通过动态适应进给和主轴转速，系统控制表面粗糙度和工件上的切削力。表面粗糙度决定切割力。通过动态适应速率和主轴转速，粗糙度