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线性摩擦焊机振动系统幅相控制策略研究

陈虎 杜随更 胡弘毅

陈虎,杜随更,胡弘毅. 线性摩擦焊机振动系统幅相控制策略研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(11):1946-1951 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220267
引用本文: 陈虎,杜随更,胡弘毅. 线性摩擦焊机振动系统幅相控制策略研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(11):1946-1951 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220267
CHEN Hu, DU Suigeng, HU Hongyi. Study on Amplitude and Phase Control Strategy of Vibration System of Linear Friction Welding Machine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(11): 1946-1951. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220267
Citation: CHEN Hu, DU Suigeng, HU Hongyi. Study on Amplitude and Phase Control Strategy of Vibration System of Linear Friction Welding Machine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(11): 1946-1951. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220267

线性摩擦焊机振动系统幅相控制策略研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220267
基金项目: 国家自然科学基金项目(10477017)
详细信息
    作者简介:

    陈虎(1998−),硕士研究生,研究方向为机电液一体化,1043314785@qq.com

    通讯作者:

    杜随更,教授,博士生导师,fwcenter@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TP23

Study on Amplitude and Phase Control Strategy of Vibration System of Linear Friction Welding Machine

  • 摘要: 为保证线性摩擦焊接过程能量输入的稳定性,提高线性摩擦焊机振动系统幅值与相位的控制精度,建立了振动系统目标信号、输入信号与输出信号之间的关系,提出幅相控制策略,设计了幅相控制算法控制器,并采用Simulink建立了系统控制模型,通过模拟仿真,得到了不同焊接参数下的算法输入参数。通过典型参数下的焊接试验,验证了幅相控制的可行性。根据焊接过程参数分析了不同控制方法的控制效果,结果表明采用所设计的幅相控制策略,焊接过程中振动系统的振幅误差为1.2%,相位误差为0.16°。
  • 图  1  LFW250型线性摩擦焊机振动伺服系统原理图

    Figure  1.  Principles of LFW250 linear friction welding machine's vibration servo system

    图  2  振动伺服系统Simulink子模型

    Figure  2.  Simulink sub-model of vibration servo system

    图  3  幅相控制策略原理

    Figure  3.  Principles of amplitude-phase control strategy

    图  4  幅相控制策略的Simulink模型

    Figure  4.  Simulink model of amplitude-phase control strategy

    图  5  振动伺服系统幅相控制闭环仿真模型

    Figure  5.  Closed-loop simulation model of amplitude-phase control for vibration servo system

    图  6  目标位移振幅随时间的变化

    Figure  6.  Variation of target displacement amplitude with time

    图  7  控制参量及振动信号模拟结果

    Figure  7.  Simulation results of control parametersand vibration signal

    图  8  不同干扰条件及其位移误差值

    Figure  8.  Different interference conditions and their displacement error values

    图  9  250 kN线性摩擦焊机

    Figure  9.  250 kN linear friction welding machine

    图  10  幅相控制空振试验结果

    Figure  10.  Empty load vibration test results of amplitude-phase controlled process

    图  11  幅相控制焊接过程参数变化

    Figure  11.  Parameter variation of amplitude-phase controlled welding processes

    图  12  双闭环PID控制焊接过程参数变化

    Figure  12.  Welding process parameter changes of double closed-loop PID control strategy

    表  1  TC21线性摩擦焊接工艺参数

    Table  1.   Linear friction welding process parameters of TC21

    频率/Hz 振幅/mm 摩擦压力/MPa 摩擦时间/s 顶锻压力/MPa
    44 2.6 55 6 55
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    表  2  不同控制方法控制效果对比

    Table  2.   Comparison of control effects of differentcontrol methods

    控制方式 振幅绝对误差/mm 振幅相对误差/% 相位差/(°)
    PID控制 −0.22 8.5 72.57
    幅相控制 −0.03 1.2 0.16
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-02-22
  • 刊出日期:  2023-11-30

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