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(fù)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(jìn)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(shè)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(shè)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(shè)計后，還需要對其進(jìn)行測試才能進(jìn)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(jìn)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(biāo)進(jìn)行仿真分析，在控制過程中通過利用NIUSB-6361多功能I/0設(shè)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(jìn)行采集并顯示，采樣率為200kHz，與實際實驗中的采樣率相當(dāng)。

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(dāng)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(dá)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(biāo)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(dá)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(dá)到穩(wěn)定。

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審核編輯 黃宇