數(shù)控機床雙軸同步控制技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)控機床的雙軸同步控制，即一個機床軸的運動由兩個保持位置同步進(jìn)給關(guān)系的伺服電機軸共同控制完成。在雙滾珠絲杠傳動的機床中，高速運動下的絲杠柔性變形及軸間強耦合性影響，使得數(shù)控機床的雙軸同步控制成為一復(fù)雜多變量控制任務(wù)，且難以控制。本文在國家相關(guān)科技項目支持下，對數(shù)控機床的雙軸同步控制問題進(jìn)行了比較系統(tǒng)深入的研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴在基于有限元法中融合集中參數(shù)法基礎(chǔ)上，構(gòu)建了具有典型結(jié)構(gòu)的雙滾珠絲杠驅(qū)動同步軸的有限元模型，

2、并進(jìn)行了模態(tài)分析，進(jìn)一步的實驗驗證了所建模型的有效性。而后在有限元模型的模態(tài)分析基礎(chǔ)上，通過對伺服驅(qū)動單元電流環(huán)簡化處理，構(gòu)建了具有動力學(xué)耦合關(guān)系的集中參數(shù)的雙軸同步進(jìn)給系統(tǒng)模型。
　　 ⑵通過對雙軸同步進(jìn)給機床動力學(xué)行為的理論分析，設(shè)計了基于力矩補償式、指令預(yù)補償式、速度環(huán)變增益式三種同步控制方法；同時，為使控制策略不依賴模型精度，在雙軸同步控制中還引入了PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。并通過對原PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模型評價指標(biāo)

3、的改進(jìn)，實現(xiàn)了PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的在線控制能力。
　　 ⑶在對幾種常用速度規(guī)劃運動指令頻域、時域分析基礎(chǔ)上，通過仿真研究不同速度規(guī)劃形式及軸位置環(huán)帶寬對雙軸同步性能的影響。指出：要實現(xiàn)同步軸1g 平均加速度能力，軸位置環(huán)帶寬應(yīng)滿足40Hz 要求；并應(yīng)盡可能采用插補耗時較少且對軸跟蹤誤差、同步誤差影響較小的梯形加速度速度規(guī)劃。并基于“S”形加減速七段模型提出了一種預(yù)判各段插補周期個數(shù)的插補算法。
　　 ⑷在考慮實際數(shù)字伺服

4、驅(qū)動單元濾波環(huán)節(jié)影響基礎(chǔ)上，搭建了具有40Hz 位置環(huán)帶寬的離散時間模型的仿真平臺和硬件平臺。并對影響軸性能的絲杠扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行了補償，為進(jìn)一步的仿真和實驗研究提供了基礎(chǔ)。進(jìn)一步的實驗，驗證了離散模型的有效性。
　　 ⑸對所提出的基于力矩補償式、指令預(yù)補償式、速度環(huán)變增益式、PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)式四種同步控制方法進(jìn)行了仿真研究；同時，還對指令預(yù)補償式、速度環(huán)變增益式同步控制方法在配置有NCUC-Bus 總線式數(shù)控系統(tǒng)的樣機上進(jìn)行了實

5、驗研究。仿真與實驗結(jié)果表明：①基于力矩補償?shù)耐娇刂?，同步能力最好，但難以實用。②基于指令預(yù)補償?shù)耐娇刂?，不受?shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響，易于應(yīng)用到工程實際中，但過度補償會造成運行的不平穩(wěn)。在提高同步能力方面，仿真表明該方法可使同步誤差下降明顯，實驗表明實際提高能力約為40％。③基于速度環(huán)的變增益同步控制，綜合性能較好，但需要借助總線式數(shù)控系統(tǒng)才能實現(xiàn)。在提高同步能力方面，仿真表明該方法可使同步誤差有較好的下降能力，實驗表明實際提高能力約為50