1.一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制系统,其特征在于:包括加速度传感器、压电作动器和信号处理模块;加速度传感器和压电作动器均安装在工件上;铣削过程中,加速度传感器检测工件的位移信号,并发送至信号处理模块;信号处理模块中设有PID控制器;
PID控制器的控制表达式如下:
;
其中, 为当前时刻的控制信号增量; 为输入的位移信号;Kp、Ki、Kd、Kd_Gain、Kp_Gain分别为比例增益、积分增益、微分增益、动态比例增益系数、动态微分增益系数;
信号处理模块根据控制信号增量 调节压电作动器的控制信号,使得压电作动器发生抑制工件铣削颤振的主动振动;
PID控制器的参数优化如下:
(1)初始化一个种群;种群中包括多个个体;每个个体均包含PID控制器的五个参数Kp、Ki、Kd、Kd_Gain、Kp_Gain;
(2)通过适应度函数 评估每个个体的优劣,得到每个个体的适应度;
(3)通过选择、交叉操作和变异操作产生新的个体;每次迭代后,均对产生的新个体计算适应度;直到达到最大迭代次数或停止条件;
(4)将最优个体作为PID控制器最终的五个参数Kp、Ki、Kd、Kd_Gain、Kp_Gain;
所述的适应度函数 的表达式如下:
;
其中, 和 分别为仿真中工件位移信号的均值和标准差;
仿真中工件位移信号通过耦合动力学模型获得;
所述耦合动力学模型的表达式如下:
;
其中, 为切削力; 是质量矩阵; 是阻尼矩阵; 是刚度矩阵; 是位移向量;
代表主切削力系数; 代表进给力系数; 代表切削深度; 代表每齿进给量。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制系统,其特征在于:还包括电荷放大器和A/D转换器;加速度传感器输出的位移信号经过电荷放大器的放大处理,并由A/D转换器转化为数字信号后,输入至信号处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制系统,其特征在于:还包括数模转换器和电压放大器;信号处理模块输出的控制信号依次经过数模转换器转化为模拟信号,并由电压放大器放大处理后,输入至压电作动器。
4.一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制方法,其特征在于:使用如权利要求1所述的一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制系统;该薄壁工件铣削颤振抑制方法包括以下步骤:步骤一、构建薄壁工件铣削动力学耦合模型;
步骤二、构建PID控制器,并通过参数优化算法和薄壁工件铣削动力学耦合模型,进行PID控制器的参数寻优;
步骤三、将薄壁工件铣削颤振抑制系统中的加速度传感器和压电作动器安装到工件上;
步骤四、对工件进行铣削加工;加速度传感器持续检测工件的位移信号并发送至信号处理模块;信号处理模块将位移信号输入PID控制器;信号处理模块根据PID控制器的输出信号控制压电作动器;压电作动器发生主动振动,抑制工件铣削颤振。
5.根据权利要求4所述的一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制方法,其特征在于:所述工件的最小尺寸与最大尺寸之比小于1/20。
6.根据权利要求4所述的一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制方法,其特征在于:所述压电作动器的谐振频率为5kHz~8kHz,最大输出力为30N~50N。
7.根据权利要求4所述的一种基于压电作动器的薄壁工件铣削颤振抑制方法,其特征在于:铣削加工的工作环境温度为10℃~50℃。