一种超声冲击装置的柔性控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声冲击装置的柔性控制方法，包括以下步骤：搭建工作平台模型；建立数学模型，计算得到各时刻永磁同步电机运动过程中的相关参数；简化永磁同步电机的控制与调节；减少永磁同步电机相关参数中的偏差；设置仿真输入参数得到电机的具体仿真输出结果；得到导轨坐标数据，根据导轨坐标数据计算超声冲击装置运动的预期轨迹；根据导轨坐标随永磁同步电机运动时间变化的关系建立X轴导轨坐标与Y轴导轨坐标的一次函数关系，并建立导轨坐标轨迹的增量模型，根据增量模型优化输入。本发明专利技术能规避常规超声强化加工零件中的诸多缺点，对精准控制加工区域，减少工作时间，增加工件使用寿命都有良好的作用。使用寿命都有良好的作用。使用寿命都有良好的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种超声冲击装置的柔性控制方法


[0001]本专利技术属于材料超声冲击强化制造领域，具体涉及一种超声冲击装置的柔性控制方法。

技术介绍

[0002]汽车轻量化是对汽车部件的一种重要的处理方法，该方法在国内外已经发展地十分成熟，有许多工艺都能有很不错的轻量化处理效果，其中超声冲击工艺对于汽车部件性能提升有很大的作用。超声冲击强化处理一般是对于轻量化处理之后的汽车金属构件进行加工，在对轻量化处理后的汽车金属构件进行超声冲击强化在其晶粒的细化方面有较为不错的作用,同时能够使其应力均匀分散，避免残余拉应力对构件的损坏,引入对构件有好的影响的残余压应力,避免过快被电化学腐蚀，让汽车金属构件能够更好地抵抗腐蚀疲劳。
[0003]超声冲击强化工艺的实现关键是依靠超声冲击工作台，在工作台上方悬挂着超声冲击枪，在超声发生器工作台启动时，处于高能量密度超声能量场中的冲击枪会高频振动使冲击枪上金属粒子脱离并与待处理构件撞击，从而使构件材料表面固定区域产生表面高强度、芯部高延伸率的具有梯度纳米结构加工硬化的改性强化层。尽管目前有多种超声冲击平台，但这些平台大都具有共同的局限性，即他们的冲击枪大多是固的，由此产生的弊端有：工作时只能产生小面积的固定强化区域，无法满足更多的使用场景；同时长时间服役容易较大程度地损害台架各紧固部件疲劳寿命，配件的频繁更换势必导致成本的提高，大大降低了汽车零部生产实际中的效率及经济性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种超声冲击装置的柔性控制方法，考虑软件控制和硬件设计的协同配合，可平稳控制工作台的驱动系统及输出轨迹、使导轨可在加工平面内自由高效地移动，通过导轨可对冲击部位进行调节，同时可对伺服控制系统进行仿真测试，从而达到对金属构件任意部位进行超声冲击强化处理目的。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种超声冲击装置的柔性控制方法，包括以下步骤：
[0006]搭建工作平台模型，工作平台模型至少包括工作平台总成、X轴运动组件和Y轴运动组件、超声冲击装置及用于固定超声冲击装置的工装面板和金属板；其中，X轴运动组件和Y轴运动组件均设置在工作平台总成上，且Y轴运动组件整体设置在X轴运动组件上方，X轴运动组件和Y轴运动组件分别设有供运动部件移动的X轴导轨和Y轴导轨；工装面板设置在Y轴导轨上；金属板安装在工作平台总成上且正对超声冲击装置；X轴运动组件和Y轴运动组件均设有驱动其上运动部件运动的永磁同步电机；
[0007]建立数学模型，数学模型至少包括电机模型、矢量控制模型、PI调节模型，以及根据电机模型、矢量控制模型和PI调节模型整合得到的整体闭环模型；其中，电机模型用于计算得到各时刻永磁同步电机运动过程中的相关参数；相关参数至少包括X轴导轨坐标、Y轴
导轨坐标和永磁同步电机的电磁推力；矢量控制模型用于简化永磁同步电机的控制与调节；PI调节模型用于减少永磁同步电机相关参数中的偏差；整体闭环模型用于设置仿真输入参数得到电机的具体仿真输出结果；建立永磁同步电机的电磁推力与导轨坐标之间的变换模块，得到导轨坐标数据，根据导轨坐标数据计算超声冲击装置运动的预期轨迹；
[0008]根据导轨坐标随永磁同步电机运动时间变化的关系建立X轴导轨坐标与Y轴导轨坐标的一次函数关系，并建立导轨坐标轨迹的增量模型，根据增量模型优化输入。
[0009]建立电机模型的具体步骤为：
[0010]建立永磁同步电机的坐标变换模型，引入Clark变换与Park变换；
[0011]通过Clark变换将自然坐标系ABC中坐标转换为静止坐标系α
‑
β中坐标，转换方式为：
[0012][f
α f
β f
C
]T
＝T
3s/2
[f
A f
B f
C
]T
[0013]其中：
[0014][0015]通过Park变换将静止坐标系α
‑
β中坐标转换为同步旋转坐标系d
‑
p中坐标，转换方式为：
[0016][f
d f
q
]T
＝T
2s/2r
[f
α f
β
]T
[0017]其中：
[0018][0019]式中，f指代电机的电压、电流和磁链中任一变量，T
3s/2s
、T
2s/2r
、T
3s/2r
分别为自然坐标系ABC与静止坐标系α
‑
β、静止坐标系α
‑
β与同步旋转坐标系d
‑
p、同步旋转坐标系d
‑
p与自然坐标系ABC发生转换时的坐标变换矩阵；
[0020]在同步旋转坐标系d
‑
q下对永磁同步电机建立电机模型，该模型中电机的定子在d，q轴的电压方程为：
[0021][0022]定子的磁链方程为：
[0023]ψ
d
＝L
d
i
d
+ψ
f
[0024]ψ
q
＝L
q
i
q
[0025]综上得到：
[0026][0027]式中，u
d
、u
q
为定子电压在d、q轴的分量；i
d
、i
q
为定子电流在d、q轴的分量；R为定子的电阻；ψ
d
、ψ
q
为定子磁链在d、q轴的分量；ω
e
为电机角速度；L
d
、L
q
为定子电感在d、q轴的分量；ψ
f
为永磁体磁链；
[0028]电机中驱动模块的电磁转矩方程为：
[0029][0030]驱动模块的运动方程为：
[0031][0032][0033]式中，F
L
为负载阻力，Fe为电磁推力，Pn为永磁同步电机的极对数，B为粘滞摩擦系数，M为电机的定子质量，v为移动速度，τ为极距。
[0034]建立矢量控制模型的步骤为：根据电机的三相定子变量合成获得定子电压、电流和磁链的空间矢量，通过坐标变换模型将三相正交的交流量变换为两相正交的交流量，再通过旋转变换；将两相正交的交流量变换为两相正交的直流量，再进行坐标变换，将电流矢量分解为对磁通以及转矩的两种电流分量。
[0035]实际运算时间之和小于预计运算时间0.1ms时，在低于0.1ms的时间段加入适当零矢量使其大于或等于0.1ms。
[0036]PI调节模型中的比例Kp为0.06，积分Ki为1，采样时间Ts为0.000001s，输出值限制在
‑
30～30。
[0037]建立永磁同步电机的电磁推力与导轨坐标之间的变换模块的方法为：根据电磁推力、轨道移动速度与电磁转矩的计算关系对电磁转矩进行处理，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声冲击装置的柔性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建工作平台模型，工作平台模型至少包括工作平台总成、X轴运动组件和Y轴运动组件、超声冲击装置及用于固定超声冲击装置的工装面板和金属板；其中，X轴运动组件和Y轴运动组件均设置在工作平台总成上，且Y轴运动组件整体设置在X轴运动组件上方，X轴运动组件和Y轴运动组件分别设有供运动部件移动的X轴导轨和Y轴导轨；工装面板设置在Y轴导轨上；金属板安装在工作平台总成上且正对超声冲击装置；X轴运动组件和Y轴运动组件均设有驱动其上运动部件运动的永磁同步电机；建立数学模型，数学模型至少包括电机模型、矢量控制模型、PI调节模型，以及根据电机模型、矢量控制模型和PI调节模型整合得到的整体闭环模型；其中，电机模型用于计算得到各时刻永磁同步电机运动过程中的相关参数；相关参数至少包括X轴导轨坐标、Y轴导轨坐标和永磁同步电机的电磁推力；矢量控制模型用于简化永磁同步电机的控制与调节；PI调节模型用于减少永磁同步电机相关参数中的偏差；整体闭环模型用于设置仿真输入参数得到电机的具体仿真输出结果；建立永磁同步电机的电磁推力与导轨坐标之间的变换模块，得到导轨坐标数据，根据导轨坐标数据计算超声冲击装置运动的预期轨迹；根据导轨坐标随永磁同步电机运动时间变化的关系建立X轴导轨坐标与Y轴导轨坐标的一次函数关系，并建立导轨坐标轨迹的增量模型，根据增量模型优化输入。2.根据权利要求1所述的一种超声冲击装置的柔性控制方法，其特征在于，建立电机模型的具体步骤为：建立永磁同步电机的坐标变换模型，引入Clark变换与Park变换；通过Clark变换将自然坐标系ABC中坐标转换为静止坐标系α
‑
β中坐标，转换方式为：[f
α f
β f
C
]
T
＝T
3s/2
[f
4 f
B f
C
]
T
其中：通过Park变换将静止坐标系α
‑
β中坐标转换为同步旋转坐标系d
‑
p中坐标，转换方式为：[f
d f
q
]
T
＝T
2s/2r
[f
α f
β
]
T
其中：式中，f指代电机的电压、电流和磁链中任一变量，T
3s/2s
、T
2s/2r
、T
3s/2r
分别为自然坐标系ABC与静止坐标系α
‑
β、静止坐标系α
‑
β与同步旋转坐标系d
‑
p、同步旋转坐标系d
‑
p与自然坐标系ABC发生转换时的坐标变换矩阵；在同步旋转坐标系d
‑
q下对永磁同步电机建立电机模型，该模型中电机的定子在d，q轴的电压方程为：
定子的磁链方程为：ψ
d
＝L
d
i
d
+ψ
f
ψ
q
＝L
q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹飞，易于煊，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：