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

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

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.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Dynamic modeling of an internal turning tool using experimental modal analysis and simulation of active vibration control

نویسندگان [English]

  • Pooria Naeemi amini 1
  • Behnam Moetakef-Imani 2
1 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Mech Eng Department
چکیده [English]

Due to the high length to diameter of the tool and its high flexibility, internal turning process is very prone to chatter vibrations. Different methods have been used to increase dynamic stiffness of tools; the most effective method is active control method. In order to analyze and design a control system, a dynamic model of the system is required. Obtaining a system model using finite element modeling technique is complicated and time-consuming, thus, a method that can quickly and accurately estimate the response of the vibration control system is very important. The aim of this study is to propose a method for dynamic modeling of the internal turning tool using the experimental modal analysis, which can be used to predict and simulate vibration reduction. In this method, using the experimental modal test, a linear matrix model of the system dynamics was extracted and then the actuator-tool model was identified using sweep frequency method. Thereafter, by using the obtained models, the active vibration control loop of the internal turning tool was simulated in MATLAB/SIMULINK software and the controller performance was investigated. Finally, the simulation results were compared with the experimental results, which indicate good performance of the proposed method for dynamic modeling of the system and controller design. The proposed method in the identification frequency range accurately estimated the system response, and this method can be used to optimize the controller's gain.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Internal turning tool
  • Experimental modal analysis
  • Dynamic Modeling
  • Simulation
  • active vibration control