مدلسازي ديناميكي ابزار داخل تراش با استفاده از تحليل مودال تجربي و شبيه سازي كنترل فعال ارتعاشات

فرآيند داخل‌تراشي به دليل نسبت طول به قطر بالاي ابزار و انعطاف پذيري زياد آن، بسيار مستعد ارتعاشات خود برانگيخته(لرزش) است. تاكنون روشهاي مختلفي جهت افزايش سفتي ديناميكي ابزارها بكارگرفته شده است كه مؤثرترين آنها روشهاي كنترل فعال هستند. براي تحليل و طراحي سيستم كنترلي به مدل ديناميكي سيستم نياز است. با توجه به اينكه بدست آوردن مدل سيستم با استفاده از روش‌هاي معمول مدلسازي اجزاي محدود پيچيده و زمانبر است، بنابراين روشي كه بتواند به سرعت و با دقت بالا پاسخ سيستم كنترل ارتعاشي را تخمين بزند از كارايي بالايي برخوردار است. هدف از اين پژوهش، ارائه روشي براي مدلسازي ديناميكي ابزار داخل‌تراش با استفاده از تحليل مودال تجربي است كه بتوان با استفاده از آن عملكرد كنترلر را در كاهش ارتعاشات شبيه‌سازي و پيش‌بيني نمود. در اين روش ابتدا با استفاده از آزمون مودال تجربي يك مدل ماتريسي خطي از ديناميك سيستم استخراج گرديده و سپس با استفاده از روش جاروب سينوسي مدل عملگر-ابزار شناسايي مي‌گردد. در ادامه با استفاده از مدل‌هاي بدست آمده، حلقه كنترل فعال ارتعاشات ابزار داخل‌تراش در محيط نرم‌افزار متلب/سيمولينك شبيه‌سازي شده و عملكرد كنترلر بررسي گرديد. در انتها نيز نتايج شبيه‌سازي با نتايج آزمايشگاهي مقايسه گرديد كه نشانگر عملكرد مناسب روش پيشنهادي براي مدلسازي ديناميكي سيستم و طراحي كنترلر مي‌باشد. روش ارائه شده در دامنه فركانسي شناسايي شده به خوبي پاسخ سيستم را تخمين مي‌زند و با استفاده از اين روش مي‌توان ضريب بهره كنترلر را بهينه نمود.

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.