مدل‌سازي يك‌پارچه مكاترونيكي و كنترل نيمه فعال ارتعاشات چَتِر در فرايند تراشكاري، به وسيله ميراگر مگنتوريولوژيك

Integrated mechatronic modeling and semi-active control of chatter vibration in turning, using MR damper

ارتعاشات چتِر يكي از عوامل محدود كننده در افزايش نرخ براده برداري در فرايندهاي ماشين‌كاري مي باشد. در اين مقاله، مدل‌سازي مكاترونيكي يك‌پارچه دستگاه تراش تجهيز شده به ميراگر هوشمند مگنتوريولوژيك و طراحي كنترل فازي نيمه فعال براي جلوگيري از ارتعاشات چتر ارايه مي شود. كاهش ارتعاشات چتر با تغيير دادن نيمه فعال مشخصات ديناميكي سازه ماشين ابزار (مانند قسمت هاي حقيقي و موهومي تابع پاسخ فركانسي) كه پارامترهاي اصلي مشخص كننده دياگرام پايداري هستند حاصل مي شود. از مدل بوك- ون اصلاح شده براي مدل‌سازي رفتار ميراگر مگنتوريولوژيك استفاده شده است، كه اين امكان را مي دهد كه ولتاژ ورودي به دمپر به عنوان ورودي كنترلي سيستم بكار رود. از آنجا كه مدل يك‌پارچه سيستم در حضور ميراگر مگنتوريولوژيك غير خطي مي شود، روشي براي ايجاد دياگرام پايداري با تحليل در حوزه زمان ارايه مي‌شود. در طراحي كنترلر و به عنوان بازخورد از ميزان وقوع چَتِر، يك شاخص جديد به نام شاخص تشخيص چَتِر ارايه شده است كه در تشخيص وقوع چتر بصورت تجربي نيز كاربرد دارد. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه سيستم پيشنهادي در بهبود پايداري ماشين تراش موفق بوده است.

Chatter vibration is one of the limiting factors in increasing the material removing rate in machining operations. In this paper, the integrated mechatronic modeling of a lathe machine equipped with MR damper, and design of a fuzzy semi-active controller are presented. To suppress chatter, the structural dynamic characteristics (i.e., real and imaginary part of the frequency response function), which are the main parameters in drawing the stability lobes, are varied semi-actively using magnetorheological damper . Modified Bouc-Wen model is employed for MR damper modeling, which enables us to account for the input voltage to the damper as the control input of the system. Since the structure becomes nonlinear in the presence of MR damper, a time-domain approach for generation of stability lobes is presented. In controller design and as a feedback of the chatter level, a novel chatter detection index (CDI) is developed, which can also be employed for experimental chatter detection. The obtained results show that the proposed system has been successful in enhancing the stability of the lathe machine