實驗名稱：基于超聲橢圓振動切削裝置的穩(wěn)定性控制方法

測試目的：作為一種特種加工技術(shù)，超聲橢圓振動切削的工作狀態(tài)要比常規(guī)切削更加復雜，切削效果還受到切削裝置的多項振動參數(shù)影響，所以要想實現(xiàn)對超聲橢圓振動切削狀態(tài)的穩(wěn)定性控制，不能單一地對某項參數(shù)如振動頻率、輸出位移進行控制，必須同時考慮這些參數(shù)的穩(wěn)定。于是根據(jù)研究成果，將這幾項方法結(jié)合到一起后，設計了超聲橢圓振動切削的狀態(tài)穩(wěn)定性控制方法。

測試設備：電壓放大器、信號發(fā)生器、超聲振動切削裝置等。

圖1：超聲橢圓振動切削狀態(tài)穩(wěn)定性控制過程示意圖

實驗過程：

搭建穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，在完成了穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的模塊設計后，還需要對其進行測試才能進入到實驗階段，一方面保證建立的控制系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)控制方法，另一方面可以對控制系統(tǒng)中的一些參數(shù)進行優(yōu)化，為后續(xù)的實驗提供數(shù)據(jù)支撐。

仿真測試：

圖2：仿真測試橢圓振動切削裝置輸出波形

以虛擬的橢圓振動切削裝置的共振頻率為20kHz，位移振幅為3μm作為調(diào)整目標進行仿真分析，在控制過程中通過利用NIUSB-6361多功能I/0設備上運行的波形圖表程序?qū)ρb置的電壓、電流以及估計振幅進行采集并顯示，采樣率為200kHz，與實際實驗中的采樣率相當。

該仿真模擬首先給予超聲橢圓振動切削裝置一個初始激勵電壓，使其在空載狀態(tài)時處于諧振狀態(tài)，然后在運行過程中通過手動增減變量的方式對超聲橢圓振動裝置當前的位移施加一個突變，即模擬切削過程中切削載荷等因素對振幅的影響，通過觀察波形圖表上的波形曲線來評估控制系統(tǒng)的有效性。

實驗結(jié)果：

如圖2所示，是本次仿真中虛擬的橢圓振動切削裝置輸出的信號，分別代表了仿真過程中頻率的變化和振幅的變化。在圖中1處，是裝置啟動后初次達到穩(wěn)定狀態(tài)，即模擬的空載時裝置的啟動；圖中2處（2.5ms時刻）和3處（5.0ms時刻）分別施加了一個擾動，使裝置的工作頻偏離了共振頻率，同時裝置的振幅也下降了，但是在穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的調(diào)整下又迅速穩(wěn)定到了目標狀態(tài)。其中，對于頻率的變化曲線，頻率初次穩(wěn)定用時0.4ms左右，后續(xù)施加100Hz的大跳變也在0.3ms左右后即達到穩(wěn)定；對于振幅的變化曲線，振幅初次穩(wěn)定用時1ms左右，后續(xù)施加0.5μm的大跳變也在0.5ms左右后即達到穩(wěn)定。

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審核編輯 黃宇