功率放大器阻抗匹配的作用（放大器阻尼系数）

实验名称：基于磁流变阻尼控制的薄壁零件加工振动抑制研究

研究方向：机械加工

测试目的：

为了实时调节磁流变阻尼效果以补偿薄壁零件铣削过程中动态特性的损失，提出了一种利用史密斯主动抗扰控制器调节磁流变阻尼的振动抑制方法。基于建立的磁流变薄壁零件系统铣削动力学模型，采用Smith预测器和自动抗扰控制器相结合的主动振动控制方法，消除控制过程中的时滞因素和扰动的影响。然后，通过求解磁流变振动抑制系统闭环控制微分方程，分析了Smith自抗扰控制器的稳定性。通过MATLAB/Simulink建立了控制器和振动抑制系统。分析了Smith自抗扰的暂态控制性能和抗干扰能力。仿真结果表明，与PID和自抗扰控制的控制性能相比，该控制方法具有较高的鲁棒性和瞬态控制性能。

为了验证基于Smith自抗扰控制器的磁流变阻尼控制和振动抑制方法的有效性，开发了基于磁流变阻尼控制的薄壁零件铣削振动抑制系统。该系统包括薄壁件振动抑制与控制试验台和薄壁件振动抑制与控制软件。控制器根据薄壁件的振动位移实时调节磁流变阻尼，从而改变薄壁件的动态特性，从而达到抑制振动的目的。最后进行了薄壁零件铣削模态敲击试验和振动试验。试验结果表明，基于磁流变阻尼控制和Smith自动抗扰控制器的薄壁零件振动抑制方法能够有效抑制薄壁零件铣削颤振。

测试设备：ATA-304功率放大器、磁流变阻尼减振设备、电涡流传感器、数据采集卡、上位机（笔记本）、S-ADRC控制器。

实验过程：

图：基于磁流变阻尼减振设备的薄壁零件铣削振动控制系统

选择典型的悬臂T形板作为铣削振动抑制试验的控制对象，开发了基于磁流变阻尼的薄壁零件振动控制系统。薄壁件振动控制系统包括硬件和软件部分。 S-ADRC控制器集成到用LabVIEW编写的薄壁零件振动抑制和控制软件中，作用于磁流变阻尼和振动抑制设备。基于薄壁零件振动控制系统，在加工中心上进行了薄壁零件的侧铣试验。控制器实时控制磁流变阻尼，实现悬臂薄壁件侧铣时的振动抑制。

图：薄壁件铣削振动抑制试验试验装置及控制系统图

进行磁流变阻尼控制的薄壁零件铣削振动抑制试验，在铣削试验前需要进行一系列的试验准备，如编写铣削加工G代码、安装磁流变阻尼振动抑制设备、连接各部件之间的电路等。硬件、调试程序参数、搅拌磁流变液等。

由于试验中采用电涡流传感器测量薄壁件的振动位移，因此认为电涡流传感器的线性工作范围为0.6~2.6mm，其与电压之间的标定比例系数信号为2.5。传感器与薄壁件之间的初始距离设置为1mm，因此控制器的目标值v0设置为2.5。一切准备就绪后，开始铣削测试。铣削试验分为两组。一组是在没有磁流变阻尼控制的容器中倒入150ML磁流变液。另一组是将150ML磁流变液倒入容器中，加工时施加磁场。流变阻尼控制。两组实验的切削参数均选定为主轴转速3000rpm、轴向切深2.5mm、径向切深0.5mm。薄壁件材质为铝7075，厚度为5mm。铣刀为直径10mm的三刃硬质合金立铣刀。

电涡流传感器通过支架固定在工件非切削面，距工件表面1mm。另一端连接数据采集卡，采样频率为19200Hz。振动状态传输至控制器，计算出的控制量通过采集卡输出端传输至功率放大器。放大后反馈至磁流变阻尼减振设备，抑制工件的振动。

实验结果：

薄壁件切削试验分为两组。第一组试验的切削参数设置为主轴转速3000r/min、轴向切削深度2.5mm、径向切削深度0.5mm、进给速度300mm/min。第一组切削实验不应用磁流变阻尼控制。第二组切削试验参数的选择与第一组完全相同。 S-ADRC控制器开启，根据采集到的振动信号实时调节电压输出，改变过程系统的磁流变和阻尼特性。两组切削试验薄壁件的振动曲线如下图所示。

图：切割过程中的振动信号（a）无控制（b）有磁流变阻尼控制

对两组测试振动信号进行傅里叶变换，观察两组信号颤振频率的差异。图4显示了在没有磁流变阻尼控制和有磁流变阻尼控制的两种铣削测试条件下的傅里叶谱。另外，不同铣削测试条件下加工的工件的表面振动模式和3D表面形貌图像如下图5所示。

图4：频谱(a) 无控制(b) 有磁流变阻尼控制

图5：不同铣削测试条件下加工的工件的表面振动模式和3D表面形貌图像

从第一组测试结果可以分析，在不应用磁流变阻尼控制的情况下，铣削时工件的振动幅度达到0.15mm。除了50Hz 的轴频率外，频谱图还显示了过齿频率，即基频。除了倍数之外，还出现了257Hz和768Hz的颤振频率。这说明在不稳定切削域选择加工参数并在不应用磁流变阻尼控制的情况下进行铣削实验会导致颤振现象的发生，也验证了铣削稳定性波瓣图的准确性。另外，从ZYGO三维形貌测量仪测量的工件加工表面三维形貌图可以看出，在不施加控制的情况下，铣削后工件的平均表面粗糙度为0.347m，表面粗糙度峰峰值为15.716m。工件已加工表面有明显的加工颤纹。在第二组实验中，应用磁流变阻尼控制后的测试结果表明，铣削过程中工件的时域振动幅度衰减至0.08mm，与未控制幅度相比减少至二分之一。从频域观察，频谱图上257Hz和768Hz处的颤振频率已经完全消失。这说明应用磁流变阻尼控制后，系统的稳定域得到了改善，加工参数已落入稳定加工域。从ZYGO测量的三维形貌图中可以看出，控制时铣削后的薄壁件平均表面粗糙度为0.130m，峰峰值表面粗糙度为2.301m。与未控制的表面粗糙度相比，结果显着降低。并且加工后的工件表面比未控制的工件表面更平整、光滑。两组对比实验结果表明，该控制器通过增强磁流变液的阻尼效果，增强了薄壁零件的动态特性，抑制了悬臂薄壁零件铣削时的振动，提高了薄壁零件的加工稳定性。有壁的部分。性别。

安泰ATA-304功放：

图：ATA-304功放指标参数

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