[发明专利]一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法

权利要求书

1.一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：建立模型分析模块和控制器模块，模型分析模块部署在上位机中，控制器模块用于控制数控机床的磁悬浮电主轴；

步骤2：在模型分析模块中建立磁悬浮电主轴的工况振动模型、耦合振动模型和机床基础振动模型；

根据工况振动模型、耦合振动模型和机床基础振动模型之间的动力学关系建立系统震动模型；

步骤3：根据系统震动模型得出控制数控机床的工件或刀具工作台的实时振动数据；

步骤4：在控制器模块中建立参数自校正模糊控制器、PID控制器、位移前馈补偿控制器和实时切换控制器；

控制器模块实时监测数控机床的磁悬浮电主轴的转子转速；

参数自校正模糊控制器用于在不是平稳切削工况时，在线修正模糊控制器的参数或控制规则，增强模糊控制器的自适应能力；

PID控制器用于在平稳切削工况时，控制数控机床的磁悬浮电主轴；

实时切换控制器用于通过转子转速自动识别是否处于平稳切削工况，并切换参数自校正模糊控制器和PID控制器的控制权；

步骤5：位移前馈补偿控制器用于与PID控制器联合控制数控机床的磁悬浮电主轴，包括如下步骤：

步骤A1：在位移前馈补偿控制器中建立自适应迭代学习算法；

步骤A2：通过自适应迭代学习算法获取并增强位移反馈中与转速同频的信号V_k；

步骤A3：将信号V_k与PID控制器的信号C_k叠加作为广义被控对象的输入信号U_k；

步骤A4：根据输入信号U_k控制数控机床的磁悬浮电主轴。

2.如权利要求1所述的一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法，其特征在于：在执行步骤2时，通过分析加工过程中工件或刀具工作台对X向导轨、Y向导轨以及丝杠的影响，得出数控机床存在的基础振动响应信号，基础振动响应信号包括等效刚度变量K₁、K₂、K₃和等效阻尼变量C₁、C₂、C₃，其中，K₁和C₁分别代表X向导轨上的等效刚度变量和等效阻尼变量，K₂和C₂分别代表丝杠上的等效刚度变量和等效阻尼变量，K₃和C₃分别代表Y向导轨上的等效刚度变量和等效阻尼变量；

根据基础振动响应信号建立数控机床基础振动模型；

根据数控机床基础振动响应信号和直接切削激振力对磁悬浮悬浮特性的交叉影响，建立耦合振动模型；

针对五自由度磁悬浮电主轴系统，通过分析四个径向和一个轴向磁悬浮轴承结构，得出转子在每个自由度上承受的电磁力函数，电磁力函数包含有刚度变量和阻尼变量；

由于五自由度磁悬浮电主轴系统的磁悬浮轴承结构呈轴对称分布，所以四个径向刚度变量K₄和径向阻尼变量C₄对应相等，轴向刚度变量为K₅，轴向阻尼变量为C₅，根据电磁力函数及转子振动方程建立磁悬浮电主轴转子的振动模型。

3.如权利要求1所述的一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法，其特征在于：在执行步骤4时，在参数自校正模糊控制器中设置一个模糊参数调整器，用于根据偏差e和偏差变化e_c在线实时校正量化因子K_e、K_ec和比例因子K_u。