一种基于递推最小二乘法的铣削力在线识别方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于递推最小二乘法的铣削力在线识别方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在铣床坐标系下，分别沿x、y进给方向进行力锤敲击实验，获得多组加速度频响函数，将每个方向上的频响进行平均得到跨点加速度频率响应函数；s2、进行铣削加工，选择采样频率，测量加工过程中x、y进给方向的加速度信号，并对加速度信号进行滤波预处理；s3、利用步骤s1获取的跨点加速度频率响应函数和步骤s2滤波预处理后的铣削过程加速度信号，采用递推最小二乘法对铣削力进行在线识别。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1具体为：s101、分别在主轴箱体x、y方向上，靠近前端轴承处安装加速度传感器；s102、用力锤分别沿x、y方向敲击铣刀刀尖处，获取刀尖到主轴箱体的跨点加速度频率响应函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s102中，刀尖到主轴箱体的跨点加速度频率响应函数表示刀尖处的铣削力与箱体处加速度响应之间的关系，具体为：其中，h(w)为加速度频响函数，x(w)为箱体处的加速度响应，f(w)为刀尖处的铣削力。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2具体为：保持加速度传感器的位置与步骤s1最终确定的安装位置一致；根据实际工艺需求和铣削稳定性叶瓣图确定加工参数；获取铣削加工过程中的加速度信号；由主轴转速计算刀齿通过频率，并根据刀齿通过频率对加速度信号进行梳状滤波，保留前3～5倍的刀齿通过频率，获取滤波后的加速度信号。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，刀齿通过频率tpf计算如下：其中，ω为主轴转速rpm，n为铣刀齿数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3具体为：s301，将步骤s1获取的跨点加速度频率响应函数h(w)
xx
、h(w)
xy
、h(w)
yx
、h(w)
yy
转换为时域上的单位脉冲响应函数h(t)
xx
、h(t)
xy
、h(t)
yx
、h(t)
yy
；s302，利用步骤s301中的单位脉冲响应函数，根据离散化杜哈梅积分构建最小二乘量测模型，将最小二乘量测模型扩展到x、y方向并进行变形；s303，选择数据长度，根据步骤s302中的最小二乘量测模型进行递推最小二乘计算，分别计算增益矩阵，进行状态递推和方差阵递推；s304，将x、y方向的识别铣削力从识别状态向量中分离，得到x、y方向的识别铣削力；s305，引入矩形窗，覆盖前一段无效数据，接收实时加速度数据，对输入信号进行实时更新。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s302中，将最小二乘量测模型扩展到x、y方向并进行变形具体为：
其中，x
n
、y
n
分别为x、y方向第n时刻加速度响应；h
xxn
、h
xyn
、h
yxn
和h
yyn
分别为单位脉冲响应函数h(t)
xx
、h(t)
xy
、h(t)
yx
和h(t)
yy
第n时刻的值，f
xn
、f
yn
分别为x、y方向第n时刻铣削力。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s303中，增益矩阵为：状态递推为：方差阵递推为：p
k
＝(i
‑
k
k
h
k
)p
k
‑1其中，表示识别的铣削力，k表示当前时刻；z
k
表示加速度信号，r
k
为测量噪声矩阵，k
k
为增益矩阵，p
k
为方差矩阵，h
k
为k时刻的单位脉冲响应矩阵。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s305中，根据脉冲响应函数h(t)
xx
、h(t)
xy
、h(t)
yx
、h(t)
yy
衰减接近于零的时间，确定衰减接近于零的时间，确定中k值的大小；在k 1时刻，状态递推公式为：k 1时刻用于更新的具体为：其中，z
k 1
＝[x
k 1
，y
k 1
]
t
为k 1时刻的加速度信号，k
k 1
为k 1时刻的增益矩阵。10.一种基于递推最小二乘法的铣削力在线识别系统，其特征在于，包括：函数模块，在铣床坐标系下，分别沿x、y进给方向进行力锤敲击实验，获得多组加速度频响函数，将每个方向上的频响进行平均得到跨点加速度频率响应函数；滤波模块，进行铣削加工，选择采样频率，测量加工过程中x、y进给方向的加速度信号，并对加速度信号进行滤波预处理；识别模块，利用函数模块获取的跨点加速度频率响应函数和滤波模块滤波预处理后的铣削过程加速度信号，采用递推最小二乘法对铣削力进行识别。

技术总结
本发明公开了一种基于递推最小二乘法的铣削力在线识别方法及系统，在机床坐标系下通过多次模态测试取平均值的方法获得X、Y方向上的频响函数，并将频响函数转换成时域上的单位脉冲响应函数；通过在X、Y合适的位置布置加速度传感器，获取铣削加工过程中加速度响应；根据铣削加工过程中的转速，选择对应的刀齿通过频率及其倍频对加速度信号进行梳状滤波处理；利用获得的单位脉冲响应函数，采用递推最小二乘法配合滑动矩形窗对滤波后的加速度信号进行处理，识别出铣削力。本发明采用递推最小二乘法并结合矩形窗，对输入加速度信号进行不断的更新，以保证识别切削力的实时性，为铣削力的在线识别提供了新思路。的在线识别提供了新思路。的在线识别提供了新思路。


技术研发人员：曹宏瑞 厉琦 史江海 李登辉 陈雪峰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.07.13
技术公布日：2021/10/8