电压放大器在超声椭圆振动切削装置稳定性控制方法研究中的应用-电子发烧友网

实验名称：基于超声椭圆振动切削装置的稳定性控制方法

测试目的：作为一种特种加工技术，超声椭圆振动切削的工作状态要比常规切削更加复杂，切削效果还受到切削装置的多项振动参数影响，所以要想实现对超声椭圆振动切削状态的稳定性控制，不能单一地对某项参数如振动频率、输出位移进行控制，必须同时考虑这些参数的稳定。于是根据研究成果，将这几项方法结合到一起后，设计了超声椭圆振动切削的状态稳定性控制方法。

测试设备：电压放大器、信号发生器、超声振动切削装置等。

图1：超声椭圆振动切削状态稳定性控制过程示意图

实验过程：

搭建稳定性控制系统，在完成了稳定性控制系统的模块设计后，还需要对其进行测试才能进入到实验阶段，一方面保证建立的控制系统可以很好的实现控制方法，另一方面可以对控制系统中的一些参数进行优化，为后续的实验提供数据支撑。

仿真测试：

图2：仿真测试椭圆振动切削装置输出波形

以虚拟的椭圆振动切削装置的共振频率为20kHz，位移振幅为3μm作为调整目标进行仿真分析，在控制过程中通过利用NIUSB-6361多功能I/0设备上运行的波形图表程序对装置的电压、电流以及估计振幅进行采集并显示，采样率为200kHz，与实际实验中的采样率相当。

该仿真模拟首先给予超声椭圆振动切削装置一个初始激励电压，使其在空载状态时处于谐振状态，然后在运行过程中通过手动增减变量的方式对超声椭圆振动装置当前的位移施加一个突变，即模拟切削过程中切削载荷等因素对振幅的影响，通过观察波形图表上的波形曲线来评估控制系统的有效性。

实验结果：

如图2所示，是本次仿真中虚拟的椭圆振动切削装置输出的信号，分别代表了仿真过程中频率的变化和振幅的变化。在图中1处，是装置启动后初次达到稳定状态，即模拟的空载时装置的启动；图中2处（2.5ms时刻）和3处（5.0ms时刻）分别施加了一个扰动，使装置的工作频偏离了共振频率，同时装置的振幅也下降了，但是在稳定性控制系统的调整下又迅速稳定到了目标状态。其中，对于频率的变化曲线，频率初次稳定用时0.4ms左右，后续施加100Hz的大跳变也在0.3ms左右后即达到稳定；对于振幅的变化曲线，振幅初次稳定用时1ms左右，后续施加0.5μm的大跳变也在0.5ms左右后即达到稳定。

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