[发明专利]一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法

说明书

本发明公开了一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法，属于数控机床技术领域，建立模型分析模块和控制器模块，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，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，解决了传统控制算法不能及时响应跟踪控制转子的技术问题，提出磁悬浮电主轴参数自校正模糊控制策略，研究该模糊控制器的自适应能力及参数在线校正效果，提高磁悬浮电主轴系统的鲁棒稳定性，提出基于参数自校正模糊控制、经典PID控制及不平衡位移前馈补偿控制相结合的多模自适应混合控制策略，解决提出的多模混合控制策略稳定性问题。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，涉及一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法。

背景技术

1976年法国SEP公司与瑞典SKF轴承公司联合投资成立了S2M公司，对超高速精密加工机床的磁轴承主轴进行了系统的研究和开发，并于1977年开发了世界上第一台高速机床用的磁悬浮主轴。该公司1981年在Hanover欧洲国际机床展览会议上，首次推出了B20/500磁悬浮主轴系统，并在35kr/min速度下进行了钻、铣现场表演，这些高速、高精度、高效以及低功耗的优良性能引起了各国专家的广泛关注。

目前传统的针对磁悬浮轴承系统稳定悬浮控制的研究虽说已经非常成熟，但是还是存在以下缺陷：

1、主动抑制不平衡振动和其他扰动的能力不足，尤其对存在基础振动的数控机床磁悬浮电主轴的主动抑制能力欠缺。

2、针对数控机床磁悬浮电主轴不平衡振动补偿的研究，经典陷波器不能保证闭环系统的稳定性，广义陷波器的结构和运算复杂，自组织学习迭代等智能算法物理意义不明确，以上单一控制算法均不适用干扰信号种类繁多且实时复杂多变的数控机床中磁悬浮电主轴控制系统。

3、针对干扰主动振动控制的研究，所利用的先进控制器阶次往往较高，在振动尤其是扰动发生时控制器对振动响应速度慢，不利于提升控制品质。

4、针对数控机床中磁悬浮电主轴的主动振动控制问题的研究较少，尚未发现同时考虑机床基础振动和磁悬浮电主轴转子不平衡振动的实时主动振动控制相关研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法，解决了传统控制算法不能及时响应跟踪控制转子的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁悬浮电主轴自适应混合控制方法，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；