【摘 要】
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三维椭圆振动辅助切削（Three-dimensional elliptical vibration aided cutting,3D-EVC）技术自被提出以来,由于其具有降低切削力与减少刀具磨损等切削加工优势,现已被广泛应用于国防、航空航天等领域。非共振型3D-EVC系统由于压电驱动固有的迟滞非线性将影响系统控制性能。若想得到高效的3D-EVC控制及加工性能,针对系统迟滞非线性开展补偿控制策略设计
【基金项目】
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吉林省科技发展计划主题引导项目:自由曲面光学元件微纳尺度加工创成机理及关键技术研究,项目编号:20190201303JC；
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三维椭圆振动辅助切削（Three-dimensional elliptical vibration aided cutting,3D-EVC）技术自被提出以来,由于其具有降低切削力与减少刀具磨损等切削加工优势,现已被广泛应用于国防、航空航天等领域。非共振型3D-EVC系统由于压电驱动固有的迟滞非线性将影响系统控制性能。若想得到高效的3D-EVC控制及加工性能,针对系统迟滞非线性开展补偿控制策略设计至关重要。本文基于压电迟滞建模开展3D-EVC系统补偿控制策略设计相关研究,主要研究内容如下:（1）3D-EVC系统迟滞模型建立及参数辨识根据对3D-EVC系统迟滞特性分析,建立Bouc-Wen迟滞模型。通过引入前期粒子群算法及自调节动态转换概率策略来改进传统花授粉算法（IFPASO）。采用标准测试函数来验证IFPASO算法性能,并搭建参数辨识实验平台,利用IFPASO算法对Bouc-Wen模型参数进行辨识,为补偿控制策略设计提供理论模型基础。（2）3D-EVC系统前馈逆模型及前馈-PID反馈控制策略设计与验证通过建立迟滞逆模型搭建前馈控制器,以及引入PID反馈控制算法设计前馈逆模型控制和前馈-PID反馈控制两类控制策略。搭建控制测试实验系统,通过轨迹跟踪实验验证两类控制策略对于提高3D-EVC系统控制性能的有效性。（3）3D-EVC系统复合控制策略设计与验证由于上述两类控制策略控制精度低,无法满足3D-EVC系统对于超精密加工状态下的控制精度需求。因此设计前馈-灰色预测自适应模糊PID复合控制策略,计算推导Bouc-Wen模型迟滞分量部分补偿电压并以此搭建前馈控制器,反馈环节构建自适应模糊PID控制算法,并通过引入灰色预测模型提高自适应模糊PID控制算法性能,以轨迹跟踪实验验证其有效性。（4）3D-EVC系统在线切削加工实验搭建3D-EVC在线切削加工实验系统,选取铝棒材料作为被加工材料,利用ZYGO白光干涉仪对已加工表面进行表面形貌分析。以实际切削加工后工件的表面粗糙度值为主要指标,分析比较在三种控制策略下3D-EVC系统的加工性能,从而验证所提出的前馈-灰色预测自适应模糊PID复合控制策略的有效性。
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