電壓放大器在超聲橢圓振動切削裝置穩定性控制方法研究中的應用

　　實驗名稱：基于超聲橢圓振動切削裝置的穩定性控制方法

　　測試目的：作為一種特種加工技術，超聲橢圓振動切削的工作狀態要比常規切削更加復雜，切削效果還受到切削裝置的多項振動參數影響，所以要想實現對超聲橢圓振動切削狀態的穩定性控制，不能單一地對某項參數如振動頻率、輸出位移進行控制，必須同時考慮這些參數的穩定。于是根據研究成果，將這幾項方法結合到一起后，設計了超聲橢圓振動切削的狀態穩定性控制方法。

　　測試設備：電壓放大器、信號發生器、超聲振動切削裝置等。

　　圖1：超聲橢圓振動切削狀態穩定性控制過程示意圖

　　實驗過程：

　　搭建穩定性控制系統，在完成了穩定性控制系統的模塊設計后，還需要對其進行測試才能進入到實驗階段，一方面保證建立的控制系統可以很好的實現控制方法，另一方面可以對控制系統中的一些參數進行優化，為后續的實驗提供數據支撐。

　　仿真測試：

　　圖2：仿真測試橢圓振動切削裝置輸出波形

　　以虛擬的橢圓振動切削裝置的共振頻率為20kHz，位移振幅為3μm作為調整目標進行仿真分析，在控制過程中通過利用NIUSB-6361多功能I/0設備上運行的波形圖表程序對裝置的電壓、電流以及估計振幅進行采集并顯示，采樣率為200kHz，與實際實驗中的采樣率相當。

　　該仿真模擬首先給予超聲橢圓振動切削裝置一個初始激勵電壓，使其在空載狀態時處于諧振狀態，然后在運行過程中通過手動增減變量的方式對超聲橢圓振動裝置當前的位移施加一個突變，即模擬切削過程中切削載荷等因素對振幅的影響，通過觀察波形圖表上的波形曲線來評估控制系統的有效性。

　　實驗結果：

　　如圖2所示，是本次仿真中虛擬的橢圓振動切削裝置輸出的信號，分別代表了仿真過程中頻率的變化和振幅的變化。在圖中1處，是裝置啟動后初次達到穩定狀態，即模擬的空載時裝置的啟動；圖中2處（2.5ms時刻）和3處（5.0ms時刻）分別施加了一個擾動，使裝置的工作頻偏離了共振頻率，同時裝置的振幅也下降了，但是在穩定性控制系統的調整下又迅速穩定到了目標狀態。其中，對于頻率的變化曲線，頻率初次穩定用時0.4ms左右，后續施加100Hz的大跳變也在0.3ms左右后即達到穩定；對于振幅的變化曲線，振幅初次穩定用時1ms左右，后續施加0.5μm的大跳變也在0.5ms左右后即達到穩定。

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