模型中的前馈装置和反馈装置都是比例环节,比例系数为K。
因此,根据以上各个系统环节的组成,可以得到如图3所示的切削加工过程MRAC的数学控制模型。
3 机床加工过程MRAC的切削性能
在机床加工过程中,切削性能的好坏不仅对零件的质量会有很大的影响,而且还很容易损坏刀具。而机床、刀具、工件系统的切削过程是个不稳定的过程,它经常受外界很多不确定因素干扰,导致切削过程中的状态参数随时发生变化。如果不及时调整,切削性能就会大大下降。通过MRAC调节,可以使切削性能的参数一直处于稳定状态。现以机床加工过程中切削力恒定在设定值为例来说明随外界因素(以背吃刀量的变化为例)干扰时MRAC能及时调整切削力,使之一直处于期望的切削力。根据实验,已知加工模型中参数Ks=1500N/mm2,n=600r/min,Kn=0.95mm/(V·s),ξ=0.68,p=1,m=1,ωn=22rad/s,背吃刀量从1~3mm按正弦曲线变化,设定切削力的期望值为1000N。将以上参数代人图3的数学控制模型中,利用MATLAB/SIMULINK工具可得到如图4所示的仿真图,其仿真结果如图5所示。
从图5中的仿真结果可以看到,背吃刀量的变化与进给速度的变化刚好相反,也就是说,如果背吃刀量增加,进给速度就降低,以保持切削力恒定在1000N上,反之亦然。所以,MRAC系统通过自动并准确调节加工过程的进给速度,来实现加工过程的恒力控制。
4 MRAC和传统闭环及开环控制的切削性能比较
4.1 传统闭环及开环控制系统的切削性能仿真
参照MRAC仿真图4可分别建立闭环和开环仿真图(开环仿真图无反馈,其它同闭环仿真,可参照闭环图,本文已略),如图6所示,其仿真结果如图7和8所示。从仿真结果可以看到闭环控制的切削力基本也能使其恒定在1000N左右,而开环控制的切削力就远远偏离了1000N。