自由曲面抛光力解耦直线平台的自适应分数阶控制方法研究

Globally, about 60% free-form surface polishing work is done by hand. As the rising labor cost and high quality requirements of polished surface, automatic polishing technology becomes more and more important. Mechanical polishing with high efficiency and precision is widely studied by scholars. In polishing process, the polishing force control is one of the most important factors that determine the surface quality of free-form polished surface, and it’s the core issue of the automatic polishing technology research. According to the fractional order theory and material properties, we infers that the polished electro-hydraulic coupling viscoelastic model is a fractional-order dynamic model, hence fractional order control method is introduced to controlling the polishing force. Fractional order control method is more accurately approximate to the polishing force control with fractional order properties.Fractional order polishing control method breaks the traditional concept of thinking solving polishing force control problem only with integer order calculus theory. A fractional order polishing force controller is set up for general polishing decoupled linear platform, adaptive learning algorithm is used for fractional order polishing force controller to tune control parameters, the adaptive polishing force control algorithm with fractional order property is applied to the free-form surface polishing. The research of this project aims to improving the traditional polishing industry, it provides free-form surface polishing force control with theoretical support.

全球自由曲面零件抛光60%是手工抛光的完成，由于近年来抛光产业劳动力成本上升和抛光质量高要求，对自动抛光的需求越来越大。机械抛光由于其抛光的高效和高精度，受到国内外学者的广泛研究。零件抛光过程中，抛光力控制是决定自由曲面抛光质量的最重要因素之一，是研究自动抛光技术的核心问题。本项目运用材料特性的分数阶理论，得出具有粘弹性的机电液耦合抛光模型是一个分数阶动力学模型，因此引入分数阶控制方法对具有分数阶特性的抛光力进行研究。采用分数阶控制方法能够更精确地逼近具有分数阶特性的抛光力控制问题，打破长期以整数阶微积分理论研究抛光力控制问题的思维局限。对通用的抛光力解耦直线平台建立分数阶抛光力控制器，应用自适应学习算法对分数阶抛光力控制器进行参数整定，得到自适应的分数阶抛光力控制算法并应用到自由曲面抛光。通过本项目的研究，为传统抛光力控制设备提高抛光控制精度提供理论支持。

抛光是零件加工的最后一个环节，手工抛光不仅效率低(约占整个模具制造周期的2/5),且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向高层次发展；当前机器人进行自由曲面抛光往往得不到比较好的抛光效果，而抛光过程中抛光力控制性能是当前用机器人进行自由曲面抛光的技术瓶颈。针对以上问题，本项目研究了自由曲面抛光力解耦直线平台的自适应分数阶控制，以期提高抛光效果。.本项目首先进行了自由曲面抛光力解耦直线平台的机电动力学建模、主动控制法兰的建模，包括建立直线电机电压方程、推力公式、动子的动力学方程、动子平台的抛光动力学方程，建立气缸气体质量流量方程、开关阀气体质量流量方程、传递函数；接着，对抛光力解耦直线平台的电流环、速度环、位置环、力控制环进行传递函数模型的建立及简化，并且对其中的未知参数进行辨识；然后，采用小波BP神经网络方法对分数阶抛光力控制器进行参数整定，实现分数阶抛光力控制器对曲面全局的自适应性和对曲面局部特征的自学习能力；再次，针对存在干扰的主动控制法兰气动系统，采用动态面控制的方法设计了两种控制器；最后，将相应的控制算法融合并联抛光控制系统中控制抛光力解耦直线平台和主动控制法兰，进行算法验证。.本项目针对抛光的分数阶动力学特性，开发了一套通用高效的，具有自适应性的自由曲面抛光力分数阶控制算法，将具有该算法的抛光力控制平台应用到机器人抛光平台中，实现抛光力控制和机器人位置控制的解耦，以提高已有自动抛光系统的抛光精度。