椭圆轨迹成形方法与控制技术研究

【摘要】研究了基于运动合成的椭圆内曲面成形方法,重点开展静压主轴椭圆轴心轨迹控制技术研究。构建了基于新型静压轴承和新型伺服节流阀的液压控制系统；研究了新型轴承—转子系统及新型伺服阀节流系统的动力学特性和控制特性；研究了椭圆轴心轨迹的控制技术和方法。为椭圆内曲面加工新方法的实现奠定了理论基础。开展了椭圆内曲面运动成形基础理论研究,并详细阐述了其实现方案和成形原理。研究了多种轴心公转轨迹与刀尖自转轨迹进行合成时形成椭圆刀尖轨迹的必要与充分条件；研究了刀具初始相位角对形成椭圆刀尖轨迹的影响；给出了多种轴心公转轨迹和不同刀具初始相位角下形成椭圆刀尖轨迹的特征和控制方程。针对椭圆轴心轨迹的空间要求,开展了椭圆廓形静压轴承的理论研究,给出了其雷诺方程和流量连续性方程等基础性方程及计算方法。提出了动压比的概念来衡量封油面上动压效应的大小,并对主轴轴心在新型静压轴承内运动轨迹为小椭圆时的动压比进行了仿真计算。利用偏导数法研究了半径间隙和椭圆度对新型静压轴承静动态特性参数的影响。设计了一种基于压电陶瓷的新型伺服节流阀,可以弥补普通电液伺服阀频响较低的缺点。基于新型油腔嵌套式轴承及新型伺服节流阀的结构,构建了轴心运动轨迹的液压控制系统。对新型节流阀的流量公式进行了仿真拟合。利用基于贝叶斯正则算法的BP神经网络对压电陶瓷的位移输出进行了仿真预测。根据动压效应的研究结果对封油面上的油膜力分布进行线性化处理,利用流量平衡方程以及高斯—勒让德积分公式得到了承载油腔以及控制油腔的压力计算公式,这种简化计算方法既简单又可以大大节省计算时间。仿真计算了轴心期望运动轨迹与新型节流阀控制电压的定量关系。利用最优控制理论对主轴轴心公转轨迹为椭圆的问题进行了最优控制建模。建立了基于新型静压轴承的轴承—转子系统的动力学模型,并以轴心位置坐标为待优化的状态变量,控制外力(这里为油膜合力)为控制变量,以待优化的轴心坐标与期望轴心坐标的偏差作为性能指标,得到系统的最优控制模型。求解勒让德零点以及对状态变量和控制变量近似化,通过高斯伪谱法将最优控制问题又转化成了非线性规划问题,最后通过序列二次规划法仿真得到了轴心运动轨迹的最优控制参数。仿真结果表明轴心的优化位置坐标与期望位置坐标非常接近,高斯伪谱法精度较高且可以应用在轴心运动轨迹的最优控制上。对主轴轴心的运动轨迹进行了开环控制仿真研究。利用轴心期望轨迹与新型节流阀控制电压的定量关系,通过欧拉方法迭代得到轴心的开环控制仿真轨迹。仿真得到轴心轨迹为不同椭圆度的椭圆时开环控制轨迹图,并对有瞬态干扰力时开环控制的轴心运动轨迹也进行了仿真。仿真结果表明开环控制方法不但可以控制轴心运动轨迹为不同椭圆度的小椭圆,还可以在系统受到干扰时保持较好的鲁棒性。对新型压电伺服节流阀以及油腔嵌套式轴承系统分别进行了动力学建模,得到系统的传递函数,并进行了前馈解耦。基于轴心期望运动轨迹的周期性特点,采用重复控制算法对系统进行了闭环控制仿真。在MATLAB的simulink环境下对系统进行建模,利用设计的重复控制器对轴心运动轨迹进行了闭环控制的仿真研究。仿真结果表明重复控制算法控制轴心跟踪期望轨迹时具有较高的精度。
【作者】梁鹏；
【导师】路长厚；
【作者基本信息】山东大学，机械电子工程，2014，博士
【关键词】运动成形法；动压比；油腔嵌套式静压轴承；高斯伪谱法；重复控制；

【参考文献】
[1]黄钰辉,官丽莉,周国逸,罗艳,唐建维,刘玉洪.西双版纳热带季节雨林和哀牢山中山湿性常绿阔叶林优势植物及地表凋落物层的热值[J].植物生态学报,2007,03:457-463.
[2]张毅.流媒体智能控制器后台管理系统的设计与实现[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[3]李勇.中国中小企业融资模式创新研究[D].沈阳理工大学,企业管理,2012,硕士.
[4]程文艳.休宁县旅游档案资源开发利用的现状、问题及对策[D].安徽大学,档案学,2014,硕士.
[5]胡辰.基于进化策略的植物形态仿真系统的设计与实现[D].浙江工业大学,计算机技术,2012,硕士.
[6]王颖.区分积极、消极企业社会责任行为[D].云南财经大学,企业管理,2013,硕士.
[7]赵燕伟,李川,张景玲,陆游,王万良.一种新的求解多目标随机需求车辆路径问题的算法[J].计算机集成制造系统,2012,03:523-530.
[8]李家晟.高压—工频电加热原位裂解油页岩电阻及电极材料试验研究[D].吉林大学,2014.
[9]王煜.佛教世俗化对晚明世情小说中僧尼形象的影响[D].湖南师范大学,比较文学与世界文学,2014,硕士.
[10]何智聪.路由器加速流媒体分发的策略研究与实现[D].复旦大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[11]高海涛.游戏外挂与反外挂技术的研究与应用[D].内蒙古大学,计算机应用,2014,硕士.
[12]房华坤.基于冠豪高新案例的纵向一体化战略的商业模式研究[D].北京交通大学,2014.
[13]邹嫣.论我国的行政执法与刑事司法衔接机制[D].山东大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[14]陈鹏君.鄂尔多斯盆地矿区煤炭资源安全绿色高效开采评价方法研究[D].西安科技大学,工业工程,2014,硕士.
[15]申义.先进文化与现代传媒——学习江泽民同志的“七一”重要讲话[J].桂海论丛.2001(05)
[16]李水珍,苏力萍,董平.数据仓库技术在教育决策支持系统中的应用[J].微机发展,2004,08:94-96.
[17]张俊杰.人的全面发展与全面建设小康社会[D].福建师范大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[18]李璟延,司马文霞,姚陈果,孙才新.染污绝缘子安全区泄漏电流检测中去除信号干扰方法[J].电力系统自动化,2008,05:85-89.
[19]黄彬.面向制造企业供应链管理系统集成平台中的CRM应用系统研究[D].浙江大学,2002.
[20]杜宪亭.强地震作用下大跨度桥梁空间动力效应及列车运行安全研究[D].北京交通大学,2011.
[21]刘锐.黄河中下游地区周代陶窑研究[D].西北大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[22]杨翌.铁路阔大货物运输安全分析[D].西南交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[23]叶宜颖.以腰痛为例探讨伤科的辨证论治[D].北京中医药大学,针灸推拿学,2013,硕士.
[24]潘晓慧.煤矸石制备Q相生态水泥试验研究[D].河南农业大学,农业生物环境与能源工程,2012,硕士.
[25]李志明.GH3128合金纳米复合热障涂层研究[D].上海工程技术大学,材料加工工程,2011,硕士.
[26]张琼.膜下滴灌灌水频率与水盐分布关系及棉花水分生产函数研究[D].中国农业大学,农业水土工程,2004,硕士.
[27]杨振兴.钢铁生产企业能源计量数据采集系统的设计与实现[D].东北大学,计算机技术,2010,硕士.
[28]齐清文.地学信息产品及其理论和技术研究[A].中国地理学会地图学与GIS专业委员会.地图学与GIS学术讨论会论文集[C].中国地理学会地图学与GIS专业委员会:,2002:14.
[29]李雯.产品召回责任制度法律问题研究[D].北京交通大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[30]王盼晴.长航油运公司核心竞争力评价研究[D].武汉理工大学,交通运输规划与管理,2012,硕士.
[31]彭石玉.对人的宗教审视与困惑[D].湘潭大学,比较文学与世界文学,2003,硕士.
[32]曹力.基于ANSYS有限元软件对在役风电塔筒的静动态模拟与安全评估研究[D].兰州理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[33]孙宝梁.杭州景芳小区53号住宅节能改造工程设计与评价[J].住宅科技.2005(07)
[34]黄胜龙.汽车发动机ECU的自动化HIL仿真测试平台的研究与实现[D].吉林大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[35]朱建平,张志强,范霄文,赵绍忠.数据挖掘中数据排序及其应用[J].数理统计与管理,2005,03:32-38.
[36]刘贵义,冯延江.电力设备巡视中存在的问题及其对策[J].中国电力教育.2008(12)
[37]石忆邵,章仁彪,朱红燕.上海实施长江三角洲都市经济圈联动发展的战略意义与对策[J].同济大学学报(社会科学版).2000(01)
[38]夏禹.涡轮叶片造型CAD系统研究[D].西北工业大学,航空宇航制造工程,2004,硕士.
[39]张秀艳.热疗对卵巢癌顺铂敏感性的影响及其作用机制的体外研究[D].天津医科大学,妇产科学,2009,硕士.
[40]赵晓红.供应链融资模式及信用风险评价研究[D].河北科技大学,物流工程,2012,硕士.
[41]褚海鹏.新创高新技术企业要素的信息研究[D].重庆大学,2004.
[42]乔会敏.MEMS惯性器件参数辨识及误差补偿技术研究[D].沈阳理工大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[43]吕沉迪.气液固三相湍流变动的数值模拟[D].南昌航空大学,计算数学,2012,硕士.
[44]张广斌.复方吡喹酮片对犬的安全性试验及临床疗效的研究[D].南京农业大学,兽医,2012,硕士.
[45]耿以侠.低碳经济的哲学思考[D].江苏师范大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[46]李培培.对特德·休斯自然诗歌的历史视角研究[D].安徽师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[47]李宏,李博,吴敏,陈松乔.一种基于关联规则的多类标分类算法[J].控制与决策,2009,04:574-578+582.
[48]胡阳.青海省云杉矮槲寄生发生的因素分析与防治研究[D].北京林业大学,森林保护学,2013,硕士.
[49]闫述,陈明生.CSAMT测深中的阴影和场源复印效应问题[J].石油地球物理勘探,2004,S1:8-10+169.
[50]吉海燕.镉诱发自噬和mTOR通路激活在神经细胞死亡中作用及机理研究[D].南京师范大学,生理学,2012,硕士.