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中凸变椭圆活塞是内燃机的关键零件之一,是活塞车削研究领域的重要课题。超磁致伸缩执行器(GMA)是一种新型高效的微位移执行结构,具有输出力大、位移分辨率高、响应速度快等诸多优势。利用GMA为执行元件的车削控制系统是目前国内外活塞车削加工领域的研究热点。论文以基于超磁致伸缩执行器的中凸变椭圆活塞车削加工系统为背景,从超磁致伸缩材料的微观结构出发,运用铁磁学理论分析了超磁致伸缩执行器电流强度和微位移的静态关系。在此基础上,基于力学原理建立了超磁致伸缩执行器的动态模型。并运用阶跃特性测试试验的方法,建立了驱动GMA的恒流源的传递函数。以C8051F020单片机为核心构建了中凸变椭圆活塞车削控制器。完成了微位移检测电路、GMA控制信号输出电路、存储器单元、USB接口电路等组成的控制器硬件电路的设计。并采用C51语言,开发了控制软件,主要包括系统监控主程序模块、控制算法模块和其他相关功能模块,实现了数据采集、处理与控制输出等功能,实现了对超磁致伸缩执行器的高精度位移闭环控制。针对GMA系统的特点,进行了控制算法的研究,首先设计了包含Smith补偿结构的PID控制器,仿真结果表明Smith-PID控制器相比传统的PID控制器有更好的控制效果,可以大大提高系统的响应速度,但系统模型在运行过程中参数发生变化时,Smith-PID控制器品质会变得恶劣。因此设计了Smith预估模糊自适应PID控制器,仿真结果表明,带有Smith预估器的模糊自适应PID控制器能够很好地满足GMA系统的需求。要实现活塞中凸变椭圆型面的车削加工,首先要对其型面特征进行分析,并给以恰当的数学描述。针对中凸变椭圆活塞横向和纵向复杂型线的特点,采用基于椭圆参数方程的直接函数算法以及对活塞纵向中凸型线多项式拟合,得到车削刀具的轨迹函数。通过实例证明,该方法计算简单,加工效率较高,能够满足中凸变椭圆活塞车削的要求。