切削振动和加工不稳定性控制：精密微纳加工的时频分析方法 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

适读人群 ：机电工程及自动化专业研发人员与高年级师生

　　高端精密装备的生产制造，一直都是各国综合科技能力的体现。高精度加工切削时产生的振动和不稳定性，都直接影响到加工精度，进而影响到工件质量。本书介绍了切削动力学和不稳定加工的主要特点，真正从理论仿真到工程实践，分析和验证了高精度加工、微纳加工的振动和不稳定特性，并且介绍了从原理到仿真介绍了多种对应的尝试解决办法。

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《（原书第2版）》

内容简介

　　本书介绍了切削动力学和不稳定加工的主要特点，引入了切削振动和加工不稳定控制应用到的基本物理原理，在此基础上重点介绍了自适应滤波器和滤波-xLMS算法、时频分析方法、小波滤波器组原理与应用、动态不稳定性的暂态特性和频谱特性、动态不稳定性的同步时频域控制、高速下不稳定铣削和振动的时频控制、不稳定微铣削的多维时频控制以及摩擦诱发的不稳定性的时频控制和同步时频域内的同步混沌等内容。本书将精密加工技术与系统论、方法论、计算机技术、信息技术、传感器技术、数字控制技术相结合，形成了精密微纳加工中切削振动和加工不稳定的创新型控制算法，相应结果通过MATLAB语言和Simulink仿真工具进行验证，可以使读者快速了解和掌握

目录

译者序原书前言第1章切削动力学和不稳定加工1��1车削工序的不稳定1��2切削的稳定性1��3稳定与不稳定的界限1��4精细切削的稳定性1��5小结参考文献第2章基本的物理原理2��1欧几里得矢量2��2线性空间2��3矩阵2��4离散函数2��4��1卷积和滤波运算2��4��2抽样定理2��4��3z变换2��5动态响应的特征工具2��5��1傅里叶分析2��5��2小波分析参考文献第3章自适应滤波器和滤波�瞲 LMS算法3��1离散时间FIR维纳滤波器3��1��1性能检测3��1��2性能函数的优化3��2梯度下降优化法3��3最小均方算法3��4滤波�瞲 LMS算法参考文献第4章时频分析4��1时间和频率的对应关系4��2时域和频域的分辨率4��3不确定原理4��4短时傅里叶变换4��5时间连续的小波变换4��6瞬时频率4��6��1基本概念4��6��2瞬时频率的误读4��6��3多模结构的分解4��6��4瞬时频率的示例4��6��5非线性响应的特性参考文献第5章小波滤波器组5��1小波实例5��2多分辨率分析5��3离散小波变换和滤波器组参考文献第6章动态不稳定性的暂态特性和频谱特性6��1时频域中线性化的含义6��2时频域中的混沌路径6��3总结参考文献第7章动态不稳定性的同步时频域控制7��1混沌路径的性质7��1��1稳态和非稳态下Hénon映射的OGY控制7��1��2稳态和非稳态下基于李雅普诺夫控制的杜芬振子7��2混沌控制的特性7��3混沌控制的有效性参考文献第8章高速下不稳定铣削和振动的时频控制8��1铣削控制问题8��2高速低浸没铣削模型8��3混沌路径和铣削不稳定性8��4铣削不稳定控制8��5小结参考文献第9章不稳定微铣削的多维时频控制9��1微铣削控制问题9��2非线性微铣削模型9��3多变量微铣削的不稳定控制9��4微铣削的不稳定控制9��5小结参考文献第10章摩擦诱发的不稳定性的时频控制10��1摩擦诱发的振动控制问题10��2连续旋转盘圆盘模式10��3摩擦诱发的动态振动10��4摩擦诱发的不稳定控制10��5小结参考文献第11章同步时频域内的混沌同步11��1混沌同步11��2非自控的混沌系统的动力学11��3同步方案11��4混沌控制11��4��1方案111��4��2方案211��5小结参考文献附录非线性时频控制的MATLAB编程实例

前言/序言

　　原书前言　　控制器一般在频域或时域下进行设计。当控制器在频域下进行设计时，其共同点是由相应的运动控制方程推导出传递函数。频率响应的设计方法，如波特图、根轨迹，通常用于基于频域设计的控制器。当控制器在时域下设计时，系统的微分方程根据相关联的状态变量被描述为状态空间模型。然后利用状态反馈或者其他时域控制规律研究所设计控制器的可控性和可观性。控制器的设计在任一域内都有自己的优势。频域设计的控制器可以提供不确定性性能。对于线性稳定的系统，设计一个反馈控制器，评估正弦输入时的输出幅值和相位响应一般是足够的。时域设计的控制器在不考虑频域上的要求时，可以适应多输入/输出及其对应的内部与外部状态。时域控制器和频域控制器只能单独地应用在线性稳定系统中。　　对于一个线性时不变系统，仅系统输入的幅值和相位角发生改变，当输入频率与输出频率保持不变时，系统可以通过施加适当的反馈增益来保持稳定。而且，时域响应和频域响应应该同时有界。然而，上述条件在非线性系统中的混沌响应是不成立的。在时域中，混沌响应本是有界的，而在频域中成为不稳定的带宽，且这个频域在相图中含有无限多个各时期的不稳定周期轨道，被称为奇怪吸引子。它不保持在一个周期轨道内，且在这些不稳定的周期轨道间快速切换。如果混沌响应投影到Poincaré截面，将得到一个低维子空间的横向响应的轨迹，众多的交叉点会密集地聚集并限制在一个有限的区域内。这意味着混沌响应在时域中的特定范围内是有界的，在动态恶化的同时，变化的带宽频谱轨迹在无数个不稳定周期轨道内快速切换。这种现象多见于高速切削操作，其强非线性包括再生效应、摩擦的不连续性、切屑形成和刀具刚度，且为主导作用。　　对于一个非线性、非稳定的系统，当它发生分叉直至最终混沌时，其响应时间不再是周期的。额外频率分量的带宽光谱响应作为结果出现。设计在时域中的控制器包含时域误差是无法克制不断增长的带宽。另外，设计在频域中的控制器限制带宽扩展，而在时域误差中失控。无论基于频域还是时域的控制器都不足以解决非周期响应和线路混沌。这由不确定性原则推断进一步指出，在时域和频域的分辨率不能任意达到。然而，根据Parseval原理，在时域和频域中计算的能量是可以互换的，它可以一起纳入并满足时域和频域的要求，并实现具有可调和并发时间�财德史直媛实姆窍咝缘目刂啤！　∫陨鲜俏颐且馐独镆桓黾蛞�的版本，很多年前我们就考虑了以下两个问题：①为什么动态响应在时域中是有界的，却在同一时刻的频域中成为不稳定带宽？②为什么控制一个非线性系统必须同时在时域及频域中执行是可行有效的？在本书中记录的基于小波变换的时频域控制方法是我们对这些问题的具体解答。　　控制方法是自适应的，也就是说它监控并实时调整以提高其性能。新型控制中的对象参数需根据不断变化的系统输出进行实时辨识，并调整和更新控制规律。其结构体系的灵感来自于有源噪声控制中FIR滤波器识别系统和自动可调的FIR滤波器拒绝不可控输入。分析小波滤波器组被纳入控制系统。在控制信号合成之前，分析滤波器组分解输入和错误信号。当通过离散小波变换成对应于连续倍频程的各种尺度分量来解决一种动态响应，控制规律本质上是建立在联合的时频域内，从而方便时频的同步控制。不像有源噪声控制，其目的是减少噪声。当系统发生分叉或者混沌运动时，基于小波变换的时频控制是为了尽量减少在时频域内恶化的输出信号以便尽快恢复输出响应的周期性。这些特点一起为非线性、非稳定系统响应的控制提供了前所未有的优势。　　本书提供了一个良好实践和训练基础，工程专业人士都可通过严格的探索在微制造、精密机床设计以及振动控制中实现重要的突破。根据高速不稳定切削控制和开发无颤振机床概念形成可行的解决方案。非线性动力学和非线性控制领域的专业研究人士也会发现大量如何充分缓解不连续性和混沌度的定性及定量的条款信息。　　本书内容由11章组成。为了更好地理解不稳定性和车削工序颤振，第1章阐述了刀具工件的互动耦合性；第2章简要回顾了数学基础知识，同时包含第7章中有关于基于小波变换的非线性时频域控制法则推导的常见符号；第3章阐述了有源噪声控制和滤波�瞲LMS算法的主要内容，在时频控制中，其功能是系统识别和减少错误；在第4章中探讨了时频域分析的概念，其中介绍了几种分析非线性系统适当表征的重要工具，这为理解小波滤波器组和第5章中的时频域分辨率的概念奠定了基础；　　第6章更详细地阐述了基于非线性时频域控制的基本原理；第7章介绍了时频域控制理论及使混沌控制可行的所有突出的物理特性；在第8~11章中，应用高速制造和由摩擦引发的不连续的例子证明其可行性；在最后一章即第11章中，探讨了另一种使用时频域控制法来缓解混沌的方案，强调了在混沌同步中实现抑制自持的混沌加工颤振的意义。　　附录中列出了第10章和第11章中所有的结果和数据的两个MATLAB运行的m文件。一个是第10章中，摩擦引起的不稳定控制有一个广泛的有限元编码单元，其利用了几个用户定义的MATLAB函数在Simulink中计算梁的振动。在实施基于小波变换的非线性时频域控制法时，希望这些例子可以对实践经验的获得有所帮助。相当熟悉MATLAB语言和Simulink仿真工具的读者应该会发现其中的实例是丰富的、完整的及易于遵循的。　　时域与频域控制首次设想于多年之前，当时众多才华横溢的人都致力于发展其核心控制理念。在他们之中，如BaozhongYang是探讨将瞬时频率作为非线性系统特征的首选工具；AchalaDassanayake为我们全面展示了什么是不稳定的加工和加工颤振。　　C�盨teveSuh和Meng�睰unLiu　　于美国得克萨斯州农工大学
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