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電壓放大器在超聲橢圓振動切削裝置穩(wěn)定性控制方法研究中的應(yīng)用

時間:2025/3/11閱讀:164
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  實(shí)驗(yàn)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(xiàng)振動參數(shù)影響,所以要想實(shí)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(xiàng)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(xiàng)方法結(jié)合到一起后,設(shè)計(jì)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。

超聲橢圓振動切削狀態(tài)穩(wěn)定性控制過程示意圖

  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(shí)驗(yàn)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(jì)后,還需要對其進(jìn)行測試才能進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)階段,一方面保證建立的控制系統(tǒng)可以很好的實(shí)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(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支撐。

  仿真測試:

仿真測試橢圓振動切削裝置輸出波形

  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(yùn)行的波形圖表程序?qū)ρb置的電壓、電流以及估計(jì)振幅進(jìn)行采集并顯示,采樣率為200kHz,與實(shí)際實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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。

  電壓放大器推薦:ATA-2048

  圖:ATA-2048高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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