Predictive chatter suppression in machine tools.

• Autorzy: Domek S.

Warianty tytułu

PL

Regulacja predykcyjna tłumienia drgań obrabiarek.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Self-excited chatter is one of the most undesirable phenomena in modem machining. The effects of the chatter are: poor quality of the machined surface, increased noise emission during the working, more rapid wear of cutting tools, and decreased service life of the machine tool itself. To remedy the problem, vibration absorbers are used among others in practice. In the paper a Model Predictive Control method with a time-variant disturbance model to control a semi-active vibration absorber is presented and compared with the method based on suboptimal pole and zero placement. The effectiveness of the proposed control structure has been verified on the basis of simulation experiments.

PL

Drgania samowzbudne są niekorzystnym zjawiskiem w nowoczesnej obróbce mechanicznej. Efektem tych drgań jest pogorszenie jakości obrabianych powierzchni, zwiększona emisja hałasu w czasie obróbki, większe zużycie narzędzi skrawających oraz zmniejszenie trwałości samej obrabiarki. Celem zmniejszenia możliwości ich pojawiania się stosuje się różnego typu tłumiki drgań. W pracy proponuje się zastosowanie algorytmu predykcyjnego ze zmiennym w czasie modelem zakłóceń do regulacji semiaktywnego tłumika drgań. Algorytm porównano z układem bez eliminatora, układem z algorytmem suboptymalnego lokowania biegunów i zer oraz ze stacjonarnym algorytmem predykcyjnym. Dla ustalenia efektywności układu sterowania przeprowadzono symulację komputerową i omówiono jej wyniki.

Słowa kluczowe

EN

vibrostability; vibration absorber; predictive control; disturbance model

PL

wibrostabilność; tłumik drgań; regulacja predykcyjna; model zakłóceń

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 30, nr 1
• Strony: 37--52

Twórcy

autor

Domek S.

• Institute of Control Engineering, Szczecin University of Technology, ul. Sikorskiego 37, 70-313 Szczecin,

Bibliografia

• [1] M. CHODŹKO, K. MARCHELEK, A. PARUS: Self-excited vibrations counteracting in machine tool-cutting process system using controllable eliminator of vibration. Proc. 7th Conf. on Active Noise and Vibration Control Methods, Wigry 2005, 341-354.
• [2] M. SHIRAISHI, K. YAMANAKA, H. FUJITA: Optimal Control of Chatter in Turning. J. Mach. Tools Manuf., 31(1991)1, 31-43.
• [3] M. WECK, J. ALLDIECK: The Originating Mechanisms of Wheel Regenerative Grinding Vibrations. Annals CIRP, 38(1989)1, 381-384.
• [4] K. J. KALIŃSKI: Vibration Surveillance in High Speed Milling Machines by the Spindle Speed Control. Proc. 7th Conf. on Active Voice and Vibration Control Methods, Wigry 2005, 83-100.
• [5] S. SMITH, J. TŁUSTY: Stabilizing Chatter by Automatic Spindle Speed Regulation. Annals CIRP, 41(1992)1,433-436.
• [6] T. INAMURA, T. SATO: Stability Analysis of Cutting under Varying Spindle Speed. Annals CIRP, 23(1974)2, 119-120.
• [7] Y. S. LIAO, Y. C. YOUNG: A New Online Spindle Speed Regulation Strategy for Chatter Control. J. Mach. Tool Manuf., 36(1996), 651-660.
• [8] D. M. ALTER, T. C. TSAO: Stability in Turning Process with Actively Controlled Linear Motor Feed Drives. ASME J. Engin. for Industry, 116(1994), 298-307.
• [9] T. MIZUNO, M. MORIYA, K. ARAKI: Robust Disturbance Cancellation in Active Dynamic Vibration Absorber System. Control Engin. Practice, 3(1995)6, 773-781.
• [10] S. ESMA, E. MARUI: Suppression of Chatter Vibration of Boring Tools using Impact Dampers. J. Mach. Tools and Manuf, 4(2000)1141-1151.
• [11] T. MIZUNO, K. ARAKI: Active Dynamic Vibration Absorber with Automatic Frequency Tracking. Trans. Japan Soc. Mech. Engin., Series C, 41(1998)3, 378-383.
• [12] L. KUCERA: Robustness of Self-Sensing Magnetic Bearing. Magnetic Bearings, Proc. Industrial Conf, Alexandria 1997.
• [13] B. S. CHOI, J. H. HWANG: Structural Vibration Control Using Shape Memory Actuators. J. Sound and Vibration, 231(2000)4, 1168-1174.
• [14] H. TANAKA, F. OB ATA, T. MATSUBARA, H. MIZUMOTO: Active Chatter Suppression of Slender Boring Bar Using Piezoelectric Actuators. JSME Int. Journal, 37(1994)3, 601-606.
• [15] A. A. ALEXANDRIDIS, J. P. GOLDASZ: Simplified model of the dynamics of magnetorheological dampers. Proc. 7th Conf. on Active Noise and Vibration Control Methods, Wigry 2005, 470-482.
• [16] W. Y. LEE, K. W. KIM, H. C. SIN: Design and Analysis of a Milling Cutter with the Improved Dynamic Characteristics. J. Mach. Tools and Manuf., 42(2002), 961-967.
• [17] Y. S. TARNG, Y. J. KAO, E. C. LEE: Chatter Suppression in Turning Operations with a Tuned Vibration Absorber. J. Mat. Proc. Techn., 105 (2000), 55-60.
• [18] B. A. FRANCIS, W. M. WONHAM: The Internal Model Principle of Control Theory. Automatica, 12(1976), 457-465.
• [19] S. SKOCZOWSKI, S. DOMEK, K. PIETRUSEWICZ: Model Following PID Control. Kybernetes, 32(2003)5/6, 818-828.
• [20] Z. GOSIEWSKI, M. ŻOKOWSKI: Sliding mode control for active magnetic bearing system. Proc. 7th Conf. on Active Noise and Vibration Control Methods, Wigry 2005, 419-428.
• [21] M. CHODŹKO, M. PAJOR: Application of Controlled Absorber Aimed at Self-Excited Vibration Suppression. Proc. 13th Int. DAAAM Symp., Vienna 2002.
• [22] M. CHODŹKO, S. DOMEK, K. MARCHELEK, A. PARUS: A study on the active vibration absorber control system of the type O-PS (in Polish). Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej Politechniki Śląskiej, Gliwice, 23(2004), 75-82.
• [23] E. F. CAMACHO, C. BORDONS: Model Predictive Control. Springer-Verlag, Berlin 1999.
• [24] J. M. MACIEJOWSKI: Predictive Control with Constraints, Prentice Hall, New Jersey 2002.
• [25] P. TATJEWSKI: Advanced control of industrial processes. Structures and algorithms (in Polish). Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002.
• [26] F. ALLGOWER, A. ZHENG: An overview of nonlinear model predictive control applications. Birkhauser 2000.
• [27] Y. I. LEE, B. KOUVARITAKIS, M. CANNON: Constrained receding horizon predictive control for nonlinear systems. Automatica, 38(2002). 2093-2102.
• [28] S. DOMEK: Indirect adaptive CRHPC algorithm for systems of the Hammerstein form. Proc. 17th IASTED Int. Conf. on Modeling, Identification and Control, Grindelwald 1998, 322-324.
• [29] S. DOMEK: Robust predictive model following control for uncertain nonlinear systems. Proc. 8th IEEE Conf. on Methods and Models in Automation and Robotics, Szczecin 2002,787-792.
• [30] M. CHODŹKO, S. DOMEK, K. MARCHELEK, A. PARUS: Methods of Semi-Active Vibration Absorber Control in Machine Tools. Proc. 10th IEEE Int. Conf. MMAR, Międzyzdroje 2004, 485-490.
• [31] T. KACZOREK: Theory of the Multivariable Linear, Dynamics Systems (in Polish). WNT, Warszawa 1993.
• [32] S. DOMEK, A. PARUS: Charter suppression in machining (in Polish |. Pomiary, Automatyka, Kontrola, 11(2005), 35-37.
• [33] S. DOMEK, A. PARUS: Charter Suppression with Adaptive Disturbance Model in Machine Tools. Proc. 24th Chinese Control Conference, Guangzhou 2005, 1203-1208.