[发明专利]一种非共振EVC装置的椭圆轨迹误差控制系统

说明书

本发明提供了一种非共振EVC装置的椭圆轨迹误差控制系统，包括对输入电压进行调整输出调整电压的PI逆模型和信号输入端与PI逆模型的信号输出端通信连接的压电陶瓷换能器，调整电压进入压电陶瓷换能器后能够减小椭圆轨迹的位移误差。本发明提供的非共振EVC装置的椭圆轨迹误差控制系统的优点在于：可以使非共振EVC装置在不同工作频率下输出轴长、倾角可灵活调节的椭圆轨迹，实现椭圆轨迹的精密控制；PI逆模型能够准确描述非共振EVC装置各轴向压电陶瓷换能器的动态迟滞特性，可广泛用于压电陶瓷换能器应用于非共振EVC装置的情况。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，尤其涉及一种非共振EVC装置的椭圆轨迹误差控制系统。

背景技术

随着精密及超精密加工技术的迅猛发展,椭圆振动切削由于其降低切削力、抑止工件毛刺产生、提高加工质量、增加刀具寿命等优点,已经受到广泛关注。而椭圆振动切削(elliptical vibration cutting EVC)是由EVC装置实现的，目前根据EVC装置的工作形式可以将其分为非共振EVC装置和共振EVC装置。其中非共EVC装置相比于共振EVC装置有着工作频率可调，产生的椭圆轨迹轴长以及倾角可灵活调整等优势，更加适合于复杂自由曲面的精密加工以及在自由曲面上加工形状、尺度多样的微纳织构。

非共振EVC装置的工作原理为，单一轴向的压电陶瓷换能器驱动柔性铰链结构输出位移，相同工作原理的多个轴向的位移可以合成椭圆运动轨迹。在非共振EVC装置中，各轴向输入电压-输出位移关系可以用压电迟滞模型来描述，基于算子类的PI模型可以准确描述复杂迟滞现象，PI模型可以看做是由不同阀值的Play算子加权叠加得到，Play算子描述的输入与输出的关系如图1所示，数学表达式为：

其中，u是算子输入，P_r[u](t)是算子输出，r是算子阈值，T是算子更新周期，y₀是算子初始状态，取y₀＝0，将不同阈值的Play算子加权叠加，得到PI模型为，

其中，为Play算子输出，r_i为Play算子阈值，ω_i是阈值为r_i的算子权值，n是算子数量。

上面得到的PI模型成为静态PI模型，只能描述压电堆叠执行器静态时(0-1Hz)的迟滞现象，在非共振EVC装置的工作领域(一般几十到几百赫兹)无法进行描述。

目前对非共振EVC装置的控制方法大多局限于实现装置在特定参数下的椭圆振动轨迹输出，当改变工作环境需要装置以不同频率、不同轴向振幅工作时，需要重新对控制器参数进行整定，装置在切削加工不同尺度、分布形式的微纳织构时，控制器精度和加工效率均会降低。

现有技术中使用滑模自适应或模糊PID控制方法只能使装置在一固定频率值下输出精度较高的椭圆振动轨迹，其形式单一、可调性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够使非共振EVC装置在一定频率范围内输出轴长、倾角参数可调的高精度椭圆轨迹的控制系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种非共振EVC装置的椭圆轨迹误差控制系统，包括对输入电压进行调整输出调整电压的PI逆模型和信号输入端与PI逆模型的信号输出端通信连接的压电陶瓷换能器，调整电压进入压电陶瓷换能器后能够减小椭圆轨迹的位移误差。

优选地，所述PI逆模型的构建方法包括以下步骤：

步骤1：用分段动态权值的方法建立率相关PI模型；

步骤2：求解步骤1中率相关PI模型的参数；

步骤3：对率相关PI模型求逆模型。