利用磁流变阻尼器抑制车床刀架振动的理论研究与仿真

论文摘要

机床切削振动一直是制约机械加工质量的最重要的因素之一,其控制已经得到广泛关注。本文首先通过对各种减振方法的比较,说明磁流变液(MRF)在车床刀架减振中的优越性,并将其引入切削振动的抑制过程,由于磁流变液制成的阻尼器结构简单、响应速度快、功耗低、阻尼力大且连续可调,是一种典型的可控流体阻尼器,适用于振动控制,有取代传统减振器的发展趋势。目前在振动控制中经常采用的是半主动振动控制,这是由于半主动控制无需附加能源、具有能耗低、容易实现等特点决定的。在安装有磁流变阻尼器的减振系统中,通过改变输入电流改变阻尼力或者改变阻尼器的阻尼系数,可实现车床刀架减振系统的半主动控制。其次对车床刀架振动抑制进行理论分析,根据磁流变材料在振动中的应用,对磁流变阻尼器进行了物理建模,利用非牛顿流体修正的宾汉姆模型,建立了该阻尼器的力学模型。利用该模型绘制和分析了位移——阻尼力和速度——阻尼力之间的关系曲线,从而证明了该模型的正确性,同时也为设计车床刀架减振模糊控制系统提供了较为准确的模型。最后,以车床刀架系统为研究对象,建立了车床刀架振动抑制的数学模型,然后从模糊控制的理论知识出发,对模糊控制器的设计方法和模糊控制的实现方法进行了分析和研究,接着,利用模糊控制理论,应用MATLAB软件及其Simulink进行仿真。本文给出了模糊控制规则表,设计了模糊控制器,建立了模糊控制系统。通过对模糊控制系统的仿真分析,比较被动控制和基于模糊控制的半主动控制下车床刀架减振系统的减振效果。结果表明：基于模糊控制的半主动控制能很好的抑制车床刀架的振动；同时也证明本文中模糊控制方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 机床振动的研究
• 1.2.1 机床振动的危害
• 1.2.2 机床减振的方法
• 1.2.3 机床减振技术的发展研究
• 1.3 磁流变技术的研究及应用
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文研究内容及意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 第2章 MRF抑制车床刀架振动的理论研究
• 2.1 概述
• 2.2 车床刀架振动抑制的理论分析
• 2.3 MR材料在振动控制中的应用
• 2.4 磁流变材料的振动控制结构
• 2.4.1 工作原理
• 2.4.2 工作模式
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁流变阻尼器的建模
• 3.1 概述
• 3.2 磁流变阻尼器力学模型
• 3.2.1 Bingham模型
• 3.2.2 Bouc-wen模型
• 3.2.3 非线性模型
• 3.3 磁流变阻尼器模型仿真及分析
• 3.4 控制阻尼力的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 车床刀架系统建模与模糊控制
• 4.1 概述
• 4.2 车床刀架减振系统的数学建模
• 4.3 模糊控制及其选择原因
• 4.3.1 模糊控制
• 4.3.2 选择模糊控制的原因
• 4.4 模糊控制器的设计
• 4.4.1 确定模糊控制器的输入和输出变量
• 4.4.2 输入输出变量的模糊化
• 4.4.3 模糊控制规则的建立
• 4.4.4 模糊推理和解模糊化
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统的减振仿真与结果分析
• 5.1 概述
• 5.2 仿真技术
• 5.2.1 仿真的概念
• 5.2.2 仿真的种类
• 5.2.3 仿真的三要素
• 5.2.4 仿真的一般过程
• 5.3 MATLAB/Simulink介绍
• 5.4 基于MATLAB车床刀架减振的模糊控制器
• 5.5 建立车床刀架减振仿真模型
• 5.5.1 被动控制仿真模型
• 5.5.2 不同输入电流下的半主动控制
• 5.5.3 模糊半主动控制的仿真模型
• 5.5.4 仿真结果及分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录