一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，通過使用管路壓力、管路流量以及磁流閥電流強(qiáng)度來計(jì)算磁流變液的相對粘度，并基于對相對粘度的計(jì)算建立動態(tài)算法模型，實(shí)現(xiàn)對磁流變液粘度的實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磁流變液粘度的精確的自動穩(wěn)定性控制，本發(fā)明可使磁流變液粘度的精度控制在2%以內(nèi)，滿足了高精度光學(xué)元件拋光的需要。另外，針對加工不同的工件時(shí)需大幅度改變磁流變液粘度的需要，通過離線控制方法進(jìn)行磁流變液粘度的調(diào)節(jié)，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確計(jì)算需要添加的水分或磁流變液的量，造成磁流變液粘度實(shí)際值在目標(biāo)值附近震蕩，較長時(shí)間才能穩(wěn)定的問題，大幅度提高了加工效率。
【專利說明】一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超精密光學(xué)元件加工領(lǐng)域，尤其涉及一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變拋光技術(shù)是一種新興的光學(xué)表面精密加工技術(shù)，具有不產(chǎn)生亞表面缺陷、加工精度高等特點(diǎn)，廣泛用于強(qiáng)激光系統(tǒng)裝置中大口徑光學(xué)元件的拋光，大口徑磁流變拋光設(shè)備屬于國外禁止出口中國的設(shè)備，我們使用的磁流變機(jī)床是國內(nèi)自主研發(fā)制造的，例如五軸四聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，可以拋光平面、曲面等光學(xué)元件。該磁流變機(jī)床核心部分為磁流變液循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)中，磁流變液依次經(jīng)過離心泵、磁流閥、流量計(jì)、壓力傳感器、噴嘴進(jìn)入拋光輪，隨拋光輪轉(zhuǎn)動對元件進(jìn)行拋光；之后經(jīng)過回收器、蠕動泵回到儲液罐完成一個循環(huán)周期。在運(yùn)行過程中磁流變液中的水分會損失，通過微量泵實(shí)時(shí)給循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水，保持磁流變液粘度的穩(wěn)定。
[0003]目前磁流變機(jī)床磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法是首先采用水分儀測量磁流變液的水分含量，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)微量泵的補(bǔ)水頻率從而保持機(jī)床加工過程中磁流變液水分含量不變。該方法需要消耗較多的磁流變液，且實(shí)時(shí)性差、磁流變液粘度波動誤差較大，控制精度只能達(dá)到8%，不能滿足高精度光學(xué)元件拋光的需要。
[0004]國內(nèi)國防科大在磁流變液拋光穩(wěn)定性方面進(jìn)行了研究，穩(wěn)定性控制方法是通過測量磁流變液在管路中的壓力損失來間接反映磁流變液動力學(xué)粘度，然后采用灰色預(yù)測控制理論的方法去預(yù)測磁流變液的未來粘度值，對磁流變液粘度實(shí)行超前控制。但是只采用管路壓力損失來反映磁流變液粘度，無法對磁流變液循環(huán)系統(tǒng)局部堵塞造成壓力陡增做出準(zhǔn)確判斷，影響粘度控制的準(zhǔn)確性。
[0005]美國QED公司磁流變機(jī)床的粘度穩(wěn)定性控制方法是測量管路壓力、管路流量的變化來間接反映磁流變液動力學(xué)粘度，然后調(diào)節(jié)微量泵的補(bǔ)水頻率，保持循環(huán)系統(tǒng)管路的壓力不變。該控制方法同樣存在無法對磁流變液循環(huán)系統(tǒng)局部堵塞造成壓力陡增做出準(zhǔn)確判斷。
[0006]目前的磁流變液粘度控制方法還普遍存在動態(tài)改變磁流變液粘度響應(yīng)時(shí)間長的問題。在加工過程中針對不同的加工狀態(tài)，往往需要將磁流變液粘度調(diào)節(jié)到不同值，從高粘度變化到低粘度調(diào)節(jié)時(shí)需要向磁流變液中加入適量水分；從低粘度向高粘度調(diào)節(jié)時(shí)需要向磁流變液中加入新磁流變液，目前的粘度控制方法無法準(zhǔn)確計(jì)算需要添加的水分或新磁流變液的量，造成磁流變液粘度實(shí)際值在設(shè)定值附近震蕩，較長時(shí)間才能穩(wěn)定，影響加工效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的弊端，針對上述問題，提供一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，本發(fā)明通過使用管路壓力、管路流量以及磁流閥電流強(qiáng)度來計(jì)算磁流變液的相對粘度，并基于對所述相對粘度的計(jì)算對磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流變液的粘度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)磁流變液粘度的實(shí)時(shí)自動穩(wěn)定性控制，一方面可以判斷該循環(huán)系統(tǒng)是否存在局部堵塞，進(jìn)而排除局部堵塞對是否需要向磁流變液進(jìn)行補(bǔ)水的干擾，另一方面有效提高粘度控制精度，滿足高精度光學(xué)元件拋光的需要。本發(fā)明可使磁流變液粘度的控制精度達(dá)到2%以內(nèi)，超過國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)，同時(shí)磁流變液粘度改變的響應(yīng)時(shí)間縮短50%以上，大幅度提高工作效率。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是，針對加工不同的工件時(shí)需大幅度改變磁流變液粘度的需要，本發(fā)明通過離線控制方法進(jìn)行磁流變液粘度的調(diào)節(jié)，通過將與磁流變液粘度變化密切相關(guān)的水分散失量、環(huán)境溫濕度以及磁流變液的沉淀作為參數(shù)，經(jīng)過一系列計(jì)算得到補(bǔ)水頻率、補(bǔ)水時(shí)長或添加磁流變液的量，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確計(jì)算需要添加的水分或新磁流變液的量，造成磁流變液粘度實(shí)際值在目標(biāo)值附近震蕩，較長時(shí)間才能穩(wěn)定的問題，大幅度提高了加工效率。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其中包括以下步驟:
[0011]步驟一、根據(jù)需要設(shè)定磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流變液的目標(biāo)粘度值μ ' d
[0012]步驟二、相對粘度變化率的計(jì)算，根據(jù)磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流閥電流強(qiáng)度1、管路壓力P以及管路流量Q，計(jì)算連續(xù)的不同時(shí)間點(diǎn)的相對粘度值μ”通過計(jì)算得到相鄰兩
時(shí)間點(diǎn)的相對粘度變化率cUp其中所述相對粘度變化率計(jì)算公式為=
【權(quán)利要求】
1.一種磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其中包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)需要設(shè)定磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流變液的目標(biāo)粘度值μ ^ d步驟二、相對粘度變化率的計(jì)算，根據(jù)磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流閥電流強(qiáng)度1、管路壓力P以及管路流量Q，計(jì)算連續(xù)的不同時(shí)間點(diǎn)的相對粘度值μ”通過計(jì)算得到相鄰兩時(shí)間點(diǎn)的相對粘度變化率d μ P其中所述相對粘度變化率計(jì)算公式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，步驟二中所述


相對粘度值通過相對粘度計(jì)算公式得到，所述相對粘度計(jì)算公式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述波動常數(shù)設(shè)定為0.8。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，相對粘度的計(jì)算公式中系數(shù)K值的確定方法包括以下步驟: 步驟一、確定磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流閥電流強(qiáng)度、管路壓力以及管路流量三個參量的變化范圍； 步驟二、將所述相對粘度計(jì)算公式中的系數(shù)K取值為1，根據(jù)所述三個參量的變化范圍，計(jì)算相對粘度μ r可能的最大值y rmax ; 步驟三、調(diào)節(jié)系數(shù)K的值，使得μ rmax/K盡量接近150，并將μ rmax/K最接近150時(shí)K的取值作為所述相對粘度計(jì)算公式中K的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，當(dāng)所述相對粘度值與目標(biāo)粘度值μ , ^相差較大時(shí)，可使用離線控制方法進(jìn)行磁流變液粘度的調(diào)節(jié)，其包括以下步驟: 步驟一、確定磁流變液循環(huán)系統(tǒng)中磁流變液初始濃度Pb ; 步驟二、計(jì)算所述磁流變液循環(huán)系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)的修正系數(shù)、環(huán)境溫濕度修正系數(shù)以及機(jī)床類型修正系數(shù)，并根據(jù)該三個修正系數(shù)計(jì)算磁流變液的水分散失速率，另外采用六次多項(xiàng)式擬合方法計(jì)算磁流變液沉淀規(guī)律； 步驟三、根據(jù)磁流變液初始濃度Pb、水分散失速率以及磁流變液沉淀規(guī)律計(jì)算補(bǔ)水速率、補(bǔ)水時(shí)長 或添加磁流變液的量； 步驟四、所述磁流變液循環(huán)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果向該系統(tǒng)中的微量泵發(fā)出指令，進(jìn)行補(bǔ)水或添加磁流變液，使其中磁流變液粘度接近目標(biāo)粘度值μ ^ ro
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，當(dāng)所述相對粘度值μ r與目標(biāo)粘度值μ , r的差值大于IOcP時(shí)，采用離線控制方法進(jìn)行磁流變液粘度的調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁流變液粘度穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，步驟一中磁流變液初始濃度Pb可根據(jù)相對粘度換算得到，其換算公式為:Ρ= μ r.kv，式中:P為磁流變液濃度，kv為比例系數(shù)。
【文檔編號】B24B51/00GK103831723SQ201410078397
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】唐才學(xué), 侯晶, 溫圣林, 張遠(yuǎn)航, 顏浩, 袁志剛, 鄭楠, 楊春林 申請人:四川睿光科技有限責(zé)任公司