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研究生:何慶鴻
研究生(外文):Ching-Hung Ho
論文名稱:車削細長形工件的適應性顫振抑制控制器設計
論文名稱(外文):Design of an Adaptive Controller for Chatter Suppression in the Turning of Slender Workpieces
指導教授:黃建立
指導教授(外文):Jiann-Lih Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:自動控制工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:車床適應性濾波器車削顫振控制
外文關鍵詞:latheadapive filterchattercontrolturning
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本文設計一個壓電致動刀具取代傳統刀具,以抑制車削細長形工件的顫振,設計控制器時,考慮切削力對工件位移的轉移函數不容易精確鑑別,且在車削過程中為時變(time-varying)的問題,因此採用適應性控制器。
本文以理論證明以適應性濾波器(adaptive filter)設計的控制器,具有提昇車削穩定邊界的能力。另外採用回授式濾波型最小均方(feedback filtered-x least mean square,feedback FXLMS)演算法設計控制器,探討位移量測不確定性對顫振抑制性能的影響。
理論推導的結果以電腦模擬驗證,並且改裝桌上型車床,進行實際的車削實驗,在相同的車削條件下,比較傳統刀具、未控制的壓電致動刀具和加入FXLMS適應性控制器的壓電致動刀具之車削效果,結果顯示本文提出的控制器能有效抑制顫振。
In this paper, we design a piezo-actuated tool holder to replace the conventional tool holder for chatter suppression in the turning of slender workpieces. In designing the controllers, it is noted that the transfer function from the cutting force to the displacement of workpiece is difficult to be identified accurately and is time-varying in the turning process. Therefore, adaptive type controllers are adopted in this study.
It is proved by theory that the controller designed by using an adaptive notch filter has the ability of improving the stability of the cutting dynamics. A controller is also designed by using the feedback filtered-x least mean square (feedback FXLMS) algorithm. The effects of measurement uncertainties on the chatter suppression performance of the controller are then investigated.
The derived theoretical results are verified through computer simulations. A table lathe was retrofitted for carrying out the turning experiments using the piezo-actuated tool holder. Under the same cutting conditions, the experimental results are compared for conventional tool holder, uncontrolled piezo-actuated tool holder and the FXLMS controlled piezo-actuated tool holder. The experimental results have indicated that the proposed controller can suppress chatter effectively.
中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內外相關研究 2
1.3 研究目的 3
第二章 顫振模式與控制器設計 5
2.1 傳統刀具車削顫振模式 5
2.2 壓電致動刀具顫振模式 7
2.2.1 未控制的壓電致動刀具顫振模式 8
2.2.2 壓電致動刀具控制的顫振模式 9
2.2.3 “基於工件模式”的控制架構 10
2.3 適應性控制理論 11
2.3.1數位濾波器 11
2.3.2 最小均方(Least-Mean-Square,LMS)演算法 12
2.3.3 適應性帶拒濾波器(adaptive notch filter) 15
2.4 適應性帶拒濾波器控制器設計 18
2.5 FXLMS適應性控制器設計 19
2.5.1濾波型最小均方(Filtered-X LMS,FXLMS)演算法 20
2.5.2 基於工件模式的FXLMS控制器 21
第三章 壓電致動刀具控制器模擬 23
3.1 控制器性能 23
3.2 控制器模擬 24
3.2.1 未控制的壓電致動刀具顫振模擬 24
3.2.2 適應性帶拒濾波器控制器的顫振模擬 25
3.2.3 基於工件模式的適應性帶拒濾波器控制器 28
3.2.4 “基於工件模式的FXLMS控制器”模擬 29
3.3 即時控制模擬車削動態實驗 31
第四章 車削實驗與結果 33
4.1 實驗設備與架構 33
4.2 車削參數 35
4.3 工件表面粗度測量方法 37
4.4 實驗結果 39
4.4.1 工件長度105 mm實驗結果 39
4.4.2 工件長度115 mm實驗結果 43
4.4.3 工件長度95 mm實驗結果 45
4.5 改進的加工速率 47
第五章 結論 49
參考文獻 50
附錄 壓電致動器之驅動電路設計 53
A1 製作目的 53
A2 壓電驅動電路架構 53
A3 驅動電路設計 55
A3.1 電壓規格( Voltage Specification ) 55
A3.2 電源旁路( Power Supply Bypassing ) 56
A3.3 過電壓保護( Overvoltage Protection ) 56
A3.4 電流限制( Current Limit ) 57
A3.5 穩定性( Stability ) 57
A3.6 電路模擬………………………………………………………….. 58
A4 實驗結果 59
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