超磁致伸缩致动器的广义预测-多模PID控制方法

摘要：为了克服超磁致伸缩致动器的磁滞现象对精密驱动定位精度的影响,在进行磁滞补偿的前提下,研究自校正PID控制方法,建立基于广义预测控制与多模控制结合的广义预测-多模PID控制方法。首先,介绍了广义预测控制的主要思想,并由此推导出PID参数与被控对象待估参数的关系。接着,针对起动阶段控制效果不平稳的问题,建立了根据PID参数变化情况,在线调整控制方法,实现在磁滞补偿后对致动器的控制。实验结果表明：采用广义预测-多模PID控制器,虽然单次平均运算时间比广义最小方差-模糊 PID控制器长7ms,但跟踪误差均方差减少0.066μm。能有效消除被控对象由于扰动带来的影响,提高跟踪精度,在对实时性、控制精度要求较高的精密定位领域,有良好的应用价值。     

超磁致伸缩致动器的广义预测-多模PID控制

为了克服超磁致伸缩致动器的磁滞现象对精密驱动定位精度的影响,在进行磁滞补偿的前提下,研究了自校正PID控制方法,提出了基于广义预测控制的广义预测-多模PID控制方法。介绍了广义预测控制的主要思想,并由此导出PID参数与被控对象待估参数的关系,实现了广义预测PID控制;针对起动阶段控制效果不平稳的问题,提出了多模PID控制模式转换条件;最后,根据PID参数变化情况,建立致动器的多模PID控制方法,实现广义预测PID与常规PID的在线控制模式转换与控制。实验结果表明,采用广义预测-多模PID控制器,虽然单次平均运算时间比广义最小方差-模糊PID控制器长7ms,但跟踪误差均方差减少了0.066μm;同时改善了起动平稳性。提出的控制方法能有效消除由扰动带来的影响,提高跟踪精度,改善起动平稳性,适用于对实时性、控制精度要求较高的精密定位领域。     

未知自由曲面数字化自适应采样方法

为实现逆向工程中未知自由曲面高效、高精度的数字化测量,提出一种基于探路法的自适应采样方法。在接触式测头(Touch probe,TP)的两侧各安装一个点激光测头(Point laser probe,PLP),建立坐标转换模型将各个测头的测量值统一到基准坐标系下。逐行采样过程中,在测量方向上,PLP用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理并拟合成B样条曲线,根据拟合曲线的曲率特征为TP测量规划合理的测量路径,TP以探路结果为指导完成自适应采样。在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面。仿真和试验结果表明,该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,有效地提高未知自由曲面数字化采样的效率和精度,为逆向工程提供良好的采样数据。     

内部爆炸加载条件下圆柱钢壳的动态断裂

在内部爆炸冲击波载荷作用下,爆炸容器的动态断裂是进行爆炸容器安全评估和失效分析的基础。为了研究爆炸容器的动态断裂特征,进行圆柱钢壳在中心装药的爆炸加载实验,采用非线性动力有限元分析程序LS-DYNA分析圆柱钢壳的弹塑性动力响应,研究圆柱钢壳的宏观变形和断口的宏观、细观形貌,分析圆柱钢壳的断裂模式及断裂机理。结果表明,圆柱钢壳纵向断口具有微孔聚集型剪切韧窝断裂特征,呈现出微孔聚集型剪切韧性断裂模式。内部爆炸冲击波加载下圆柱钢壳因径向膨胀发生动态塑性变形,产生剪切带,由于剪切带的软化效应而成为优先断裂通道,剪切带和环向拉应力的共同作用是形成微孔聚集型剪切韧窝断裂这种混合韧性断裂模式的原因。     

手动托盘车焊接工艺的焊接变形仿真及预测

为精确分析托盘车在焊接过程中产生的热变形,在充分考虑工况、相变、热力学参数等动态变化的基础上,采用传热学理论与热弹塑性理论,建立托盘车货叉与中档的焊接多物理场耦合分析模型,应用参数化编程对货叉与中档现有的焊接工艺进行了仿真分析,其分析结果与试验结果的误差在16.7%以内,验证了分析模型的有效性.仿真分析了改变焊接方向与多机器人同步焊接的工艺调整方案对焊接热变形的影响,结果表明：二者可分别降低焊接变形0.9 mm与1.3 mm,达到了控制变形的目的.本研究为手动托盘车自动化夹具设计、工艺优化设计等奠定了基础.     

精密数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性

在综合分析数控机床主轴系统的边界条件的基础上,建立三维多物理场耦合流场-温度-结构场的稳态和瞬态热态特性分析模型,采用有限元分析法（FEM）进行仿真模拟.该模型考虑主轴系统各零部件的实际尺寸、零部件不同面的不同放置情况、外界空气在不同流动情况与不同定性温度下对分析结果的影响,考虑主轴系统在外加非圆截面弯管冷却液影响下的温度场分析情况.以某精密数控双磨头磨床主轴系统为例进行分析与实验验证.结果表明,提出的主轴系统多物理场耦合热态特性分析的模型与方法可以快速、有效以及较准确地获得主轴系统的热态特性.     

智能结构中热压电致动器和传感器的优化配置

利用热压电介质的动态控制方程讨论各耦合场对智能结构控制和传感性能的影响,提出用有限元分析法对热压电基体结构的热应力和热变形进行计算,以确定智能结构中致动器／传感器的最优配置。     

磁流变智能镗杆的动态特性测试与分析

为了给磁流变智能镗杆制定有效的颤振控制策略,对其动态特性进行了测试与分析.通过瞬态激振方法对智能镗杆的刚度与阻尼特性关于磁场强度大小的变化规律进行了研究,结果显示其刚度特性随磁场强度的增加而单调增加,阻尼变化则为先增后减;采用稳态激振法对智能镗杆的动态特性与外界激振频率、幅值和磁场强度之间的关系进行了研究,结果表明,在以磁流变材料屈服前系统共振频率为中心的频段内,系统会出现强非线性现象,且磁场强度越高,非线性频段就越窄.     

微制造隔振平台振动的模糊广义预测控制

采用主动隔振与被动隔振相结合的技术,建立以空气弹簧为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器为主动隔振元件的微制造平台6自由度隔振系统及其结构模型。提出一种改进的自适应广义预测控制算法,并与模糊控制结合起来,应用于微制造平台的振动控制中,实现广义预测控制与模糊控制的优势互补。计算机仿真与试验结果表明,所设计的微制造平台模糊广义预测控制系统具有良好的鲁棒稳定性、抗干扰能力和时域性能,可在非常宽的频率范围内将由干扰所引起的微制造平台的振动在被动隔振的基础上减少80%左右,效果显著。     

自切深进给电泳磨削技术

利用超细磨粒的电泳效应实现一种磨削技术称之为电泳磨削,通过超细磨粒电泳吸附层的研究,提出了自切深进给电泳磨削新工艺,即在机床无切深进给的条件下利用吸附在磨具上的磨粒层本身厚度的增加来实现微量进给。理论分析和试验研究表明,在普通磨床上应用不仅可以有效地降低工件表面粗糙度,同时还可以实现μm级的磨削深度。