光彈流潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)中智能速度伺服控制的研究與應(yīng)用.pdf

1、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑（簡(jiǎn)稱彈流潤(rùn)滑）為點(diǎn)、線接觸機(jī)械零部件的主要潤(rùn)滑形式，其油膜厚度與形狀是決定機(jī)械零部件潤(rùn)滑效率的主要因素。受各種因素的影響，機(jī)械零部件的彈流潤(rùn)滑油膜形狀和厚度在工作期間通常是動(dòng)態(tài)多變的。近年來(lái)，彈流潤(rùn)滑的實(shí)驗(yàn)研究，特別是動(dòng)態(tài)條件下的油膜測(cè)量，已成為提高機(jī)械零部件潤(rùn)滑效率的研究熱點(diǎn)。目前在非穩(wěn)態(tài)條件和自旋條件下的彈流潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)中，尚存在測(cè)量裝置的伺服控制手段簡(jiǎn)單和實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制效果與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在較大差別等問(wèn)題。為此，對(duì)現(xiàn)有變速

2、變載等非穩(wěn)態(tài)條件和自旋條件下的彈流潤(rùn)滑油膜測(cè)量裝置的控制系統(tǒng)和控制算法進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)于提高彈流油膜測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度，以及進(jìn)一步探索苛刻條件下彈流潤(rùn)滑的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析有較好的實(shí)際意義。 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，為高精度彈流潤(rùn)滑油膜測(cè)量系統(tǒng)的研制提供了強(qiáng)有力的軟硬件支持。在回顧彈流潤(rùn)滑研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采用的彈流潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)研究方法。根據(jù)彈流潤(rùn)滑油膜測(cè)量系統(tǒng)對(duì)速度控制的特殊精度要求，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)提出了

3、一種基于智能運(yùn)動(dòng)控制理論的彈流潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)伺服運(yùn)動(dòng)控制方法，對(duì)光干涉彈流油膜測(cè)量?jī)x和光干涉自旋彈流油膜測(cè)量?jī)x的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以探索非穩(wěn)態(tài)和自旋條件下彈流潤(rùn)滑的真實(shí)工作狀況，并在預(yù)定運(yùn)動(dòng)方式下開(kāi)展彈流油膜厚度和形狀隨速度、載荷和旋滑比等因素變化的實(shí)驗(yàn)研究。 在光干涉彈流油膜測(cè)量系統(tǒng)中，速度伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響速度伺服系統(tǒng)性能的主要因素，且具有時(shí)變性和不確定性，采用單一的控制策略很難達(dá)到提高速度伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的

4、目的。在綜合自適應(yīng)控制、模糊控制以及常規(guī)PID控制算法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按照模塊化設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)出自適應(yīng)模糊PID（Self-adaptive Fuzzy PID，SAF-PID）智能雙模伺服控制算法，對(duì)在不同工作狀態(tài)下的模糊控制比例因子和規(guī)則因子利用Matlab仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化選擇調(diào)整，使得整個(gè)控制器能夠根據(jù)系統(tǒng)在不同的響應(yīng)階段和性能指標(biāo)，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)、自動(dòng)切換控制算法，以適應(yīng)速度伺服系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)性能要求。 為驗(yàn)

5、證本研究設(shè)計(jì)的SAF-PID智能雙模速度伺服控制算法的有效性，首先利用Matlab仿真軟件對(duì)速度伺服系統(tǒng)在實(shí)際工況下的性能進(jìn)行模擬分析：通過(guò)仿真智能雙模控制器的階躍響應(yīng)曲線和誤差響應(yīng)曲線驗(yàn)證整個(gè)控制算法的快速性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；通過(guò)人為在不同時(shí)間段加若干不同程度的干擾信號(hào)模擬控制結(jié)構(gòu)參數(shù)和負(fù)載質(zhì)量等主要參數(shù)的時(shí)變性和不確定性，以此驗(yàn)證整個(gè)控制器在不同響應(yīng)階段的控制參數(shù)自動(dòng)調(diào)整、控制算法切換、系統(tǒng)的跟隨精度和速度伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。將此

6、智能速度伺服控制算法用于控制純滑動(dòng)條件下的彈流潤(rùn)滑啟動(dòng)過(guò)程，以期與經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果相比較，初步驗(yàn)證算法的有效性。 將SAF-PID智能雙?？刂扑惴ㄓ糜诠飧缮鎻椓饔湍y(cè)量?jī)x，在周期間歇卷吸條件下開(kāi)展了彈流潤(rùn)滑的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了以下問(wèn)題：周期性的間歇卷吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致彈流接觸區(qū)存在明顯的封油現(xiàn)象；啟動(dòng)過(guò)程的速度干擾效應(yīng)可產(chǎn)生局部增厚油膜，該局部油膜以卷吸速度通過(guò)赫茲接觸區(qū)；在動(dòng)態(tài)間歇卷吸條件下界面滑移仍可產(chǎn)生入口凹陷：入口凹陷

7、的出現(xiàn)與速度和一個(gè)周期的高速段的持續(xù)時(shí)間有關(guān)；間歇卷吸運(yùn)動(dòng)中滑移產(chǎn)生的凹陷不隨表面移動(dòng)。 在光干涉自旋彈流油膜測(cè)量?jī)x上應(yīng)用SAF-PID智能速度伺服控制算法，研究了自旋對(duì)油膜形成過(guò)程的影響并得出以下結(jié)論：通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在傳統(tǒng)滾動(dòng)/滑動(dòng)彈流潤(rùn)滑研究時(shí)鋼球．玻璃盤接觸條件下的自旋運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)球盤接觸中心與旋轉(zhuǎn)中心間的偏心距的大小來(lái)進(jìn)行抑制，并且旋滑比的大小亦由偏心距來(lái)控制；當(dāng)旋滑比增大時(shí)，傳統(tǒng)彈流潤(rùn)滑研究所觀測(cè)到的經(jīng)典馬蹄型油膜