整体叶盘磨抛力/位解耦控制研究

【摘要】整体叶盘是航空发动机设计中采用的一种新型结构，它将轮盘与工作叶片设计成整体结构，使发动机的结构简化、重量减轻、可靠性增强，提高了气动效率。同时，整体叶盘是根据空气动力学理论设计而成，使发动机的推重比大大提高，而提高推重比是航空发动机设计中的关键所在。但是，整体叶盘结构复杂，且对叶片型面精度和表面粗糙度要求较高。如今，国内普遍采用人工打磨的方法对整体叶盘进行精整加工，加工效率低且工人劳动强度大，叶片的型面精度也很难保证。整体叶盘制造技术难度大，一般采用五轴联动数控机床进行加工。整体叶盘精整加工过程中存在叶片受力易变形、加工效率低、五轴联动控制精度难以保证等问题，因此，本文对整体叶盘磨抛加工的进给轴位置控制和磨抛力控制进行了深入研究，以提高整体叶盘的加工质量。对整体叶盘磨抛机床控制系统硬件组成进行了分析，基于力/位解耦的磨抛控制策略，分别对磨抛加工的位置控制系统和磨抛力控制系统进行了硬件选型与分析。其中，位置控制由数控系统与交流伺服系统实现，磨抛力控制由工控机与气动伺服系统实现。详细规划了磨抛加工实现流程，对工控机控制程序开发进行了研究。对磨抛加工的位置控制系统进行了建模与仿真分析，分别建立了永磁同步电动机和机械传动系统的数学模型，详细设计了交流伺服系统的电流环、速度环和位置环。建立了单轴位置控制系统和双轴联动位置控制系统的Simulink仿真模型，仿真结果表明：系统响应时间短，无超调，具有良好的轨迹跟踪特性与抗干扰能力。基于ADAMS和MATLAB软件，将机械系统和控制系统相结合，实现了机电一体化系统的联合仿真，为物理样机的制造与改进提供了依据，也为分析交流伺服位置控制系统性能提供了一种新途径。建立了磨抛力气动控制系统的线性化数学模型，分析了系统稳定性。对气缸摩擦力的影响进行了研究，建立了简化的摩擦力数学模型。设计了干扰观测器，有效抑制了摩擦力对力控制系统的不利影响。研究了PID控制和模糊控制原理，进而设计了基于干扰观测器的磨抛力PID控制器和模糊PID控制器，并针对不同输入信号进行了仿真分析。PID控制结构简单、控制方便，但缺乏自调整能力；模糊PID控制则具有良好的鲁棒性和自适应能力，有效解决了磨抛力控制系统的强非线性、时变性等问题。基于MATLAB的RTW模块实现了磨抛力控制系统的快速原型化，分别采用PID控制和模糊PID控制对力控制系统进行了实验研究，实验结果表明模糊PID控制要优于PID控制。
【作者】徐义程；
【导师】张雷；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】整体叶盘；磨抛；位置控制；交流伺服系统；气动力伺服；

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