[发明专利]一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法

权利要求书

1.一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，当主轴在初始转速n₀下加工时，对铣削加工状态进行实时监测，得到铣削加工状态下的振动加速度信号a(k)，其中k为获取的振动加速度信号时间序列的序号；

对振动加速度信号a(k)进行滤波处理，将其中与转速有关的信号成分滤除，得到其他扰动成分

利用AR自回归模型对进行离散时间序列信号建模分析，求解所述AR模型的特征方程，得到特征方程的特征根λ，当|λ_max|＞1时，表征铣削过程不稳定，即颤振发生；

步骤2，当未识别到颤振发生时，机床主轴保持原有转速不变进行加工，并重复执行步骤1；

当识别到颤振的发生时，输出控制信号到机床主轴的控制器，控制主轴转速到新的最佳主轴转速n_new，在颤振发生的早期进行抑制颤振；

所述新的主轴转速值为n_new(k)＝n₀(1+Q_c(k))；其中，Q_c(k)为转速控制算法输出的控制参数；

通过定义成本函数为J(Q_C)＝min(S(f_chat))，其中，S(f_chat)为在主颤振频率f_chat处的功率密度值；求得使上述成本函数值最小的Q_C，从而求得新的最佳主轴转速n_new。

2.根据权利要求1所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，步骤1中，振动加速度信号包括两类成分，其表示如下：

其中，a^*(k)为与转速有关的信号成分，从频域上看为包括主轴的转频及其倍频、铣刀的刀齿通过频率及其倍频；为其他扰动成分。

3.根据权利要求1所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，步骤1中，对振动加速度信号a(k)进行滤波处理时，利用以下滤波方法：

其中，f_s为信号采样频率，n为主轴转速，round()代表对括号内数据四舍五入取整处理。

4.根据权利要求1所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，步骤1中，利用AR自回归模型对进行离散时间序列信号建模分析，构建如下所示的状态空间方程：

状态方程：δ(k+1)＝δ(k)+e(k)；

观测方程：

其中，δ(k)为模型参数；M为模型阶数；e(k)和r(k)分别为过程噪声和观测噪声。

5.根据权利要求4所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，求解如下的AR模型的特征方程：

1-δ₁q-δ₂q²-...-δ_Mq^M＝0；其中，q为延迟算子；

得到特征方程的特征根λ，当|λ_max|＞1时，表征铣削过程不稳定，即颤振发生。

6.根据权利要求1所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，步骤1中，利用下式计算颤振发生时的主颤振频率：

其中，f_s为信号采样频率。

7.根据权利要求6所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，步骤2中，利用归一化最小均方差算法求得使上述成本函数值最小的Q_C，从而求得新的最佳主轴转速n_new。

8.根据权利要求7所述的一种通过主轴转速智能控制实现加工颤振在线抑制的方法，其特征在于，归一化最小均方差算法所用的自适应迭代方程为：

式中，α_c为步长系数；ε₀为极小值，取1×10^-12；

Δf(k)＝p(k)f_t(k)-f_chat(k)，其中{·}代表对括号内数值四舍五入取整处理，为刀齿通过频率；

u(k)为指数滑动平均数，由下式确定：

u(k)＝(1-η_c)u(k-1)+η_cS(f_chat(k))；

其中，η_c为平滑系数。