罗勇[1]2001年在《直线电机进给单元伺服刚度及其自适应控制》文中指出为了满足快速发展的超高速加工技术对高速进给运动的需要，机床进给运动开始采用直线电机零传动这一新型的进给传动方式。和滚珠丝杠进给系统相比，直线电机进给系统具有机械结构简单、速度高、加速度大、响应速度快以及定位精度高等优点，是机床进给传动方式的一场革命，正得到日益广泛的运用。 为了保持加工的稳定性，降低加工中的挑动力对加工质量的影响，充分利用直线电机直接驱动加工的高速和高响应特性，伺服控制系统在实现尽可能高的定位精度的同时，还必须具备足够高的伺服刚度。 本文主要研究直线电机进给系统的伺服刚度。论文首先针对直线电机进给系统伺服刚度的特点，提出了直线电机进给系统伺服刚度的定义和评价方法。在推导出直线电机进给系统控制模型后，利用MATLAB软件对模型进行了时域仿真，分析了控制系统结构、参数以及进给系统机械特性对直线电机伺服刚度的影响，然后设计了直线电机伺服动刚度实验方法，对仿真分析结果进行验证。在论文最后，针对加工中负载质量的变化对直线电机进给系统伺服刚度的影响，首此提出采用自适应控制原理对原控制系统进行优化的方法，并对这种方法进行了仿真。
陈振辉[2]2008年在《具有磁流变阻尼的直线进给系统动力学特性研究》文中指出目前,在国内外所研制的精密机床和其它精密制造装备中,最常用的精密进给系统主要采用伺服电机控制精密丝杠的传动方式和直线电机直接驱动进给方式。和精密丝杠副传动进给方式相比,直线电机直接驱动进给技术具有进给速度快、加速度高、定位精度高、行程长和动态响应快等优点。但由于缺少必要的阻尼环节,致使直线进给系统阻尼小、抗扰动能力差,易产生超调和振荡,从而限制了进给系统稳定性的进一步提高。为解决直线进给系统加速度突变和系统阻尼小、抗扰动能力差等问题,本文研究了具有磁流变阻尼的高速高精密直线进给系统动力学特性。磁流变阻尼器采用剪切工作模式,以修正的Bingham模型进行力学建模,根据进给系统所需的阻尼力,采用能量消耗法求得磁流变阻尼器的等效线性阻尼系数。在直线进给系统P-PI控制策略的基础上研究速度反馈磁流变阻尼控制和加速度前馈控制相结合的新型控制策略,并运用MATLAB控制仿真平台研究了具有磁流变阻尼的高速精密直线进给系统的动态特性、稳态误差、带宽和伺服刚度的变化规律及其影响因素,并提出改进和优化的措施。为了研究高速高精密直线进给系统动力学特性,本文研究了虚拟样机建模与分析技术。首先,利用Solidworks对直线进给单元进行叁维实体建模,然后结合MATLAB与ADAMS虚拟样机机电联合控制仿真技术,研究了不同控制参数下直线进给系统的加速度、速度和位移的变化规律,并与实验结果进行了对比分析,验证了虚拟样机仿真的正确性和可靠性。论文最后运用虚拟样机技术对具有磁流变阻尼直线进给系统的动力学特性进行了研究,并与无磁流变阻尼的进给系统进行对比分析,研究结果表明具有磁流变阻尼的进给系统比无磁流变阻尼的进给系统具有更短的定位时间,更平稳的速度特性和更好的加减速度特性。本文研究的虚拟样机技术为高速高精密直线进给系统的动力学特性研究提供了新的方法,能促进磁流变阻尼的高速高精密工作台的开发应用。
李静[3]2011年在《提高大型曲轴切点跟踪磨削轮廓精度的关键技术研究》文中进行了进一步梳理现代工业发达国家都把制造高速、高精、复合加工机床作为其重要的发展目标,此类机床的生产能力和技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。为此我国已将机床行业提高到了战略位置,并与2009年正式启动了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项,本文的来源正是国家科技重大专项“大型数控切点跟踪曲轴磨床”课题。本文以提高大型曲轴切点跟踪磨削工件轮廓精度为目标,展开了切点跟踪磨削运动模型及磨削控制方法、运动轨迹逼近及插补方法、曲轴扭转变形对连杆颈形位精度的影响、高精度高响应特性砂轮架进给系统以及切点跟踪磨削运动轨迹误差控制等方面的研究。本文在建立曲轴切点跟踪磨削运动模型的基础上,研究分析了恒转速磨削控制方法、恒当量磨削厚度磨削控制方法。并根据大型曲轴的磨削特性,综合前两种控制方法的特点,提出了基于曲轴运动规律优化的切点跟踪磨削控制方法:先构造连杆颈运动规律曲线,再根据影响连杆颈加工精度的各个因素建立了运动规律优化模型,并采用多变异位自适应遗传算法求解该模型,得到了最优的运动规律曲线。仿真分析表明,采用基于曲轴运动规律优化的磨削控制方法,在减小磨削过程中当量磨削厚度变化、保证连杆颈磨削精度的同时,降低了对伺服系统动态性能的要求,适用于大型曲轴的切点跟踪磨削运动控制。研究对比了等误差直线逼近、样条曲线逼近及动态分段多项式逼近方法对连杆颈切点跟踪磨削运动轨迹的逼近效果。在此基础上,对比研究了逐点比较、时间分割插补以及样条插补方法用于切点跟踪磨削运动轨迹插补时的理论误差,分析表明叁次样条插补可实现插补周期内的恒加加速控制,能够满足连杆颈切点跟踪磨削运动轨迹插补精度和速度要求。实验研究了不同曲线逼近方法和轨迹插补方法对连杆颈切点跟踪磨削加工轮廓精度和表面质量的影响,结果表明以基于误差的动态分段多项式逼近运动轨迹,并以叁次样条插补方法进行磨削时,可以获得最好的工件轮廓精度和表面质量。大型曲轴曲柄半径大、质量重、具有很大的转动惯量,故其回转运动时需要很大的驱动力矩;另一方面,大型曲轴跨距大、长径比大、曲拐的空间分布情况复杂,故曲轴整体抗扭刚度较低。因此曲轴回转运动时易产生较大的扭转变形,切点跟踪磨削中曲轴的扭转变形会对连杆颈造成形位误差。所以在对不同驱动方式下曲轴受力情况及扭转变形分析的基础上,研究了扭转变形与连杆颈切点跟踪磨削加工时工件转角误差之间的关系。针对头架单边驱动、头尾架双边同步驱动以及双边存在转速误差的情况,深入分析了扭转变形对连杆颈平行度以及轮廓精度的影响。砂轮架进给系统是切点跟踪磨床的关键部件,对保证连杆颈磨削的轮廓精度起着至关重要的作用。本文详细研究了高精度高响应特性的砂轮架进给系统,对比了旋转电机+滚珠丝杠的驱动形式和直线电机直接驱动形式的优缺点,结果表明砂轮架直驱进给系统更能满足大型曲轴磨床的需求。以砂轮架直驱进给系统伺服刚度模型为基础,分析了影响进给系统伺服刚度的因素,以保证其具有足够的伺服刚度。进一步研究了砂轮架直驱进给系统的位置跟踪精度,提出双前馈复合P/PI位置控制方法,在切点跟踪磨床上的相关实验结果表明该控制方法能够有效的提高曲轴切点跟踪磨削中砂轮架进给系统位置跟踪精度。最后将两轴交叉耦合控制方法引入连杆颈切点跟踪磨削运动轨迹控制。针对曲轴切点跟踪磨削运动轨迹非线性的特点,基于轨迹误差的不同计算模型,分别研究了基于分段的变参数交叉耦合控制以及交叉耦合进给速度模糊控制对曲轴切点跟踪磨削轨迹误差的影响。仿真分析和相关实验结果均表明交叉耦合控制对于提高曲轴切点跟踪磨削轮廓精度有明显效果。
徐进宝[4]2006年在《直接驱动数控转台伺服刚度研究》文中进行了进一步梳理为了适应超高速和超精密加工的需要,机床的进给系统采用了直接驱动这种新型的进给方式。同样数控转台就采用了力矩电机主轴和转台刚性连接的进给方式,同传统的蜗轮蜗杆副间接传动相比,直接驱动转台系统具有结构简单、加速度大、响应速度快以及定位精度高等优点,正在被应用于新的一代机床转台系统中。 为了使转台系统在受到切削力等干扰时还能保证加工质量并使系统具有足够的加工精度。我们要充分利用直接驱动高响应的优点,在保证系统稳定的同时,提高系统的系统刚度。 本文主要研究了直接驱动永磁同步电机转台系统的伺服刚度问题。首先提出了刚度和伺服刚度的定义,比较了直接驱动和间接驱动这两种驱动方式的优缺点及蜗轮蜗杆副间接驱动的系统刚度评价方法,并提出了直接驱动转台伺服系统伺服刚度的定义和评价方法。推导出了直接驱动控制系统的数学模型和伺服刚度的数学模型,利用Matlab软件对模型进行了仿真,分析了控制系统结构、参数以及机械特性对直接驱动转台系统伺服刚度的影响。为了解决直接驱动更容易受到转台转动惯量和切削力等因素的影响,同时为了提高控制系统的鲁棒性,减轻外来扰动对伺服系统的影响,提高伺服系统刚度,在第四章推导出了转台系统的自适应的H_∞控制器,并对该系统进行了仿真。
张珂[5]2007年在《基于PMAC-PC下高速磨削实验及其关键技术研究》文中研究指明高速高精度是机械制造科学领域的主攻方向。越来越多的零件开始采用高速磨削加工技术进行生产。对具有种类多、高精度、高频响伺服控制要求的非圆零件加工来说,传统磨削加工方案难以满足要求。而以往椭圆等非圆截面零件的加工都是采用靠模法来实现,其精度无法与磨削相比较。但是随着高速高精度电主轴单元技术、高频响应直线电动机进给单元技术、砂轮制造技术、检测控制及运动控制等技术的不断进步,实现非圆零件的高速精密磨削加工的条件日趋成熟。本文全面综述了国内外高速、超高速磨削技术的发展趋势,并对电主轴技术、直线电动机、调速控制技术、数控技术等非圆磨削关键技术的研究现状进行了深入的分析。着重对以下研究内容进行了系统的理论分析和实验研究：(1)用PMAC-PC作为核心控制器,结合高速陶瓷轴承电主轴、直线电动机、检测技术、砂轮技术等,设计集成了一套高速数控磨削实验系统,首次实现了加工、测量一体化。分析了系统的稳态响应和暂态响应,并判定了该系统的稳定性；通过磨削数控系统仿真分析,表明该系统有良好的跟随性能。(2)自行研制开发了大功率、陶瓷轴承高速电主轴单元样机。通过高速电主轴有限元动力学与热特性分析、外圆磨削加工实验和动态性能测试表明,研制的陶瓷轴承电主轴单元性能稳定、可靠。(3)首次完成了对电主轴直接转矩控制系统设计的理论分析与仿真研究。研究表明,直接转矩控制能够直接而独立地控制转矩和磁通,从而能够使电主轴获得优良的动态特性。将直接转矩控制方法应用于高速电主轴驱动控制系统是可行的。(4)构建了基于PMAC的直线电动机伺服进给单元。分析了基于PMAC下直线电动机双闭环控制算法、伺服系统参数整定和调节方法、定位误差补偿技术等相关问题。实验研究表明该伺服系统定位精度高,完全满足磨削加工要求。(5)利用PMAC时基控制法,开发了一种新的非圆零件表面的精密磨削加工方法。建立了椭圆形零件的数学模型,通过实验研究,首次实现了对椭圆零件表面的磨削加工。通过以上的理论分析与实验研究表明,该高速数控磨削实验系统具有良好性能。为推动高速、高精度数控机床制造技术的发展打下坚实的基础。
刘璐[6]2006年在《基于直线电机的精密位置伺服控制系统研究》文中认为超精密进给机构是超精密加工设备的关键部件之一,而传统的超精密机床进给系统要达到微米级的位置精度难度大。采用直线电机直接驱动的进给方式取消了一切中间传动环节,可以克服运动方式转换环节所带来的缺点,提高机床的动态灵敏度和加工精度,但同时也增加了进给伺服系统的控制难度。本论文以超精密机床用永磁同步直线电机驱动进给伺服系统位置控制器为研究对象。首先,论述了实现机床进给系统直接驱动的直线电机工作原理、类型及其伺服控制结构。根据超精密机床进给系统伺服性能的要求和直接驱动的特点,确定了直接驱动进给系统的控制结构,并建立了系统的机电控制模型。然后,在此基础上针对直接驱动这样一个微进给、低阻尼且有高精度要求的快速运动系统,从实用性出发,在综合考虑系统的跟随误差和各种不确定干扰抑制等因素后,设计了位置控制器。主要采用了如下的控制策略:(1)采用工程设计法设计了P-PI位置控制器和IP位置控制器,并对两者的伺服性能进行了比较;(2)为了提高伺服系统的跟随性能,采用复合控制原理,设计了速度、加速度前馈控制器,使系统的跟随误差有了显着减小;(3)由于实际运行中各种干扰直接作用于直线电机,极大影响了系统的伺服性能。为了减少其影响,本文设计了基于速度信号的干扰观测器,利用前馈控制器实时的补偿各种外界扰动,显着的提高了系统的控制精度。理论分析和仿真结果显示,基于扰动观测器的速度、加速度前馈P-PI位置伺服控制器,适合超精密机床的直接驱动进给伺服系统。最后,采用PMAC卡作为系统的运动控制器,对本文所设计的位置控制器进行实验验证。实验结果初步验证了直接驱动进给位置伺服系统在超精密加工机床上应用的可行性。
董鹏程[7]2013年在《超精密液体静压导轨静动态特性分析及控制技术研究》文中研究说明精密和超精密技术的发展直接影响国防工业和民用工业的发展，世界各个强国都在超精密加工领域进行了大量研究并取得了大量成果。超精密机床是实现超精密加工的首要基础条件，而导轨部件是超精密机床里的关键部件，其性能很大程度上决定了超精密机床的精度，因此很有必要对超精密机床导轨进行研究。根据课题中机床设计的高精度和高刚度要求，选择闭式液体静压导轨作为运动部件。超精密机床要求导轨具有良好的静动态特性和控制性能，对导轨的静动态特性和控制技术进行研究以提高导轨精度是非常必要的。本文针对课题中超精密金刚石车床的研制，对超精密液体静压导轨的静动态特性和控制技术进行了相关研究。根据机床设计要求和静压导轨设计方法确定了导轨的结构尺寸，基于Fluent软件对单个油垫的静态特性进行仿真分析，对单个油垫的油膜厚度、节流孔直径和油腔深度进行了优化计算，得到了最佳结构参数。根据优化的结构参数计算了整个导轨的承载力和刚度，并进行了导轨刚度实验测试，来验证仿真刚度的正确性。利用ANSYS对导轨进行模态分析，得出其各阶固有频率和模态振型。基于PMAC和工控机完成了控制系统搭建，在搭建的数控系统基础上建立了直线电机运动的数学模型，设计出控制系统的带宽，使其满足设计要求，并调试得出最佳PID参数，同时研究了负载变化对伺服系统性能的影响，建立了两轴联动运动模型，进行了圆弧运动仿真，计算了圆弧圆度误差。基于PMAC控制器对控制参数进行了整定，得到了最佳的控制参数，并进行微位移实验测试了导轨的最小分辨率。利用激光干涉仪测量了导轨初始定位精度并基于PMAC的误差补偿功能进行补偿，大大提高了导轨定位精度。在调整完参数后进行了硬铝加工实验，证明了该导轨控制系统具有良好性能，适用于超精密加工设备。
杨泽青[8]2010年在《基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究》文中指出随着企业信息化程度和高速加工技术的不断发展,客户需求也日益个性化、多样化、精密化,高速数控制造装备不仅配置有实现加工任务所需的刀具,而且须配备检测设备和监控设备,导致制造系统的信息环境变得越来越复杂,产品的制造过程也与常规的切削加工过程不同,是集装夹过程、加工过程、检测过程、监控过程等多流程为一体,具有多变性、复杂性、动态性和不确定性等特点。高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控具有复杂系统的动态、复杂、多变、不确定性以及协同工作等特点,属于复杂性问题,所以需要用复杂系统的理论和分析方法对其进行研究,具有重要理论意义和研究价值。本文基于复杂系统理论对高速数控加工装备动静态特性监控方法及应用技术展开研究,取得了如下创新性研究成果与结论:1、针对产品制造过程复杂、动态、多变、不确定等特点,借鉴诸多学者在制造系统组织结构复杂性、产品工艺规划复杂性、产品设计过程复杂性方面的研究思想和研究成果,提出了制造过程复杂性的概念,目的是找出一种能减少制造过程复杂性的系统科学方法,保证复杂制造装备优质高效地完成加工任务,具有一定的科学意义。2、在对复杂系统理论基本方法研究的基础上,针对目前制造过程组态监控存在的监控对象固定不变、监控参数不能根据需要任意调整等局限性,再结合元胞自动机模型解决复杂性问题的优势,提出了元胞组态协同的监控方法。由于其具有复杂系统理论基本方法的动态、演化、协同特点,所以是基于复杂系统理论的研究方法,可解决高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控问题。3、给出了规范化的元胞设计方法,即每个元胞设计为一个四元组,表示为C=(元胞态空间,元胞状态集合,影响元胞状态变化的因素集合,作业规则),并研究了元胞内部的组态原理和元胞之间的协同机制,为元胞组态协同监控方法的实现提供理论基础。4、在理论方法和关键技术研究基础上,将元胞组态协同监控方法应用于高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控中,用有限元分析方法对高速数控车削加工工艺系统动静态特性进行分析,明确了动静态特性指标,找出工艺系统的薄弱环节,为确定监测对象提供依据。应用元胞组态协同方法将高速集成制造复杂过程多对象、多空间、多领域监控转换为基于“工序节点处质量控制元胞”一维监控,把高维问题转换为一维问题,大大的降低了制造过程监控的复杂性。且基于组态软件及VC平台,研发了基于元胞组态协同方法的高速数控制造装备和集成制造过程动静态特性监控系统,实现了高速数控制造装备动静态性能指标的监控和高速车削加工质量的监控,为高速车削加工全过程质量动态监控的实现提供依据,便于对产品制造质量特性波动追本溯源,进而挖掘产品质量波动的分布规律和制造过程中的误差传播问题,为动态误差补偿提供依据。
范丽鹏[9]2012年在《交流永磁同步电机控制系统的伺服动刚度分析》文中研究说明飞速发展的现代工业对伺服电机提出了越来越高的要求，传统的直流电机已经不能再满足现代高精度加工的要求，永磁同步电机（PMSM）以其诸多的优点正在逐步代替直流电机成为各种伺服场合的首选，然而，永磁同步电机容易受到外部负载扰动和控制系统参数的影响，如果控制系统参数选择不当，就会导致系统伺服动刚度降低，系统稳定性下降，甚至产生机械颤动，使得加工精度大幅下降，这就需要研究控制系统参数和外部负载对伺服动刚度的影响，在考虑系统稳定性和硬件条件的前提下选择最优参数取值，提高伺服动刚度。本文分别从频域、线性关系和时域叁个角度分析了控制系统参数及外部负载对伺服动刚度的影响规律，为这些重要参数的选取提供理论依据，文章的主要内容如下：分析伺服控制系统的物理模型，由各物理模型得到各部分的数学模型，进而逐步推导出了整个控制系统的传递函数框图，在此基础上运用Bode图方法分析了控制系统参数和伺服动刚度之间的关系，从Bode图中可以在频域内直观地看到系统在受到不同频率扰动时参数对伺服动刚度的影响趋势。为了得到在特定频率扰动下控制系统参数和伺服动刚度之间的线性关系，由伺服动刚度定义推导出伺服动刚度表达式，在此基础上通过Matlab软件编程得到了在特定频率扰动下控制系统参数和伺服动刚度幅值之间的线性关系图。伺服动刚度的大小不是一个定值，而是随着时间而变化的。在Simulink中建立仿真模型，继而在时域中分析影响伺服动刚度的因素以及在特定控制系统参数下伺服动刚度随时间的变化，利用此方法能够直接观测到到控制系统参数和伺服动刚度之间的精确关系。最后，本文结合这叁种方法的优缺点提出了最优方法。对于一个伺服控制系统，通过分析参数对伺服动刚度的影响，可以针对不同频率的干扰，在设计伺服控制系统时更合理地设计控制系统参数，从而使系统达到理想的伺服动刚度，提高定位精度。
朱向东[10]2010年在《高速机床伺服进给系统定位精度的控制研究》文中进行了进一步梳理现代的数控机床将高效率、高精度和高柔性集中于一体,高速机床进给系统对位置控制、速度控制、伺服电动机及机械传动等方面都有很高的要求。现代数控机床的关键技术之一是研究与开发性能优良的伺服进给系统。本文在研究影响数控机床加工精度主要因素的基础上,针对影响伺服进给系统定位精度的主要因素进行了分析。首先,建立了伺服进给系统的数学模型及仿真模型。通过仿真进一步分析了间隙、刚度、摩擦对进给系统的影响。其次,在研究了影响进给系统定位精度因素基础上,采用模糊控制与PID控制相结合来改进系统定位的快速性和稳定性,设计了相应的模糊控制器,并基于实验获得摩擦力与速度的关系,采用双模糊控制的方法来提高系统的相应速度和稳态精度。最后,基于理论研究和仿真结果,设计并建立了交流进给伺服系统试验台及其位置检测系统。通过改变系统的负载、位置增益及加减速曲线等控制参数对系统的重复定位进行试验研究。本文的研究对高速高精度加工技术水平的提高和增强产品市场竞争力具有一定的理论和应用价值,同时为更好的解决高速机床定位等技术问题奠定了基础。
参考文献：
[1]. 直线电机进给单元伺服刚度及其自适应控制[D]. 罗勇. 广东工业大学. 2001
[2]. 具有磁流变阻尼的直线进给系统动力学特性研究[D]. 陈振辉. 广东工业大学. 2008
[3]. 提高大型曲轴切点跟踪磨削轮廓精度的关键技术研究[D]. 李静. 上海大学. 2011
[4]. 直接驱动数控转台伺服刚度研究[D]. 徐进宝. 沈阳工业大学. 2006
[5]. 基于PMAC-PC下高速磨削实验及其关键技术研究[D]. 张珂. 东北大学. 2007
[6]. 基于直线电机的精密位置伺服控制系统研究[D]. 刘璐. 哈尔滨工业大学. 2006
[7]. 超精密液体静压导轨静动态特性分析及控制技术研究[D]. 董鹏程. 哈尔滨工业大学. 2013
[8]. 基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究[D]. 杨泽青. 河北工业大学. 2010
[9]. 交流永磁同步电机控制系统的伺服动刚度分析[D]. 范丽鹏. 内蒙古科技大学. 2012
[10]. 高速机床伺服进给系统定位精度的控制研究[D]. 朱向东. 哈尔滨工程大学. 2010
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