مدلسازی دینامیکی ابزار داخل تراش با استفاده از تحلیل مودال تجربی و شبیه سازی کنترل فعال ارتعاشات

Abstract

فرآیند داخل‌تراشی به دلیل نسبت طول به قطر بالای ابزار و انعطاف پذیری زیاد آن، بسیار مستعد ارتعاشات خود برانگیخته(لرزش) است. تاکنون روشهای مختلفی جهت افزایش سفتی دینامیکی ابزارها بکارگرفته شده است که مؤثرترین آنها روشهای کنترل فعال هستند. برای تحلیل و طراحی سیستم کنترلی به مدل دینامیکی سیستم نیاز است. با توجه به اینکه بدست آوردن مدل سیستم با استفاده از روش‌های معمول مدلسازی اجزای محدود پیچیده و زمانبر است، بنابراین روشی که بتواند به سرعت و با دقت بالا پاسخ سیستم کنترل ارتعاشی را تخمین بزند از کارایی بالایی برخوردار است. هدف از این پژوهش، ارائه روشی برای مدلسازی دینامیکی ابزار داخل‌تراش با استفاده از تحلیل مودال تجربی است که بتوان با استفاده از آن عملکرد کنترلر را در کاهش ارتعاشات شبیه‌سازی و پیش‌بینی نمود. در این روش ابتدا با استفاده از آزمون مودال تجربی یک مدل ماتریسی خطی از دینامیک سیستم استخراج گردیده و سپس با استفاده از روش جاروب سینوسی مدل عملگر-ابزار شناسایی می‌گردد. در ادامه با استفاده از مدل‌های بدست آمده، حلقه کنترل فعال ارتعاشات ابزار داخل‌تراش در محیط نرم‌افزار متلب/سیمولینک شبیه‌سازی شده و عملکرد کنترلر بررسی گردید. در انتها نیز نتایج شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید که نشانگر عملکرد مناسب روش پیشنهادی برای مدلسازی دینامیکی سیستم و طراحی کنترلر می‌باشد. روش ارائه شده در دامنه فرکانسی شناسایی شده به خوبی پاسخ سیستم را تخمین می‌زند و با استفاده از این روش می‌توان ضریب بهره کنترلر را بهینه نمود.