基于NI控制器的單自由度快速刀具伺服裝置設(shè)計與控制.pdf

1、光學(xué)自由曲面和微結(jié)構(gòu)功能表面在民用、軍事和航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求，基于快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)的單點(diǎn)金剛石車削加工技術(shù)因其高頻率響應(yīng)、高定位精度等特點(diǎn)，已經(jīng)成為光學(xué)自由曲面和微結(jié)構(gòu)功能表面最有效的加工方法之一。目前，國外已有成熟的產(chǎn)品出售，但國內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還沒有產(chǎn)業(yè)化FTS裝置。本文總結(jié)了FTS裝置的驅(qū)動方式、控制方法和策略，設(shè)計了一種刀具在Y軸方向高度可調(diào)的壓電陶瓷驅(qū)動單自由度FTS裝

2、置，針對所設(shè)計裝置的特點(diǎn)，研究了基于NI控制器的FTS模糊PID控制系統(tǒng)，對所研制FTS配備模糊PID控制算法進(jìn)行控制，模糊PID控制算法可以快速動態(tài)地整定比例、微分和積分三個系數(shù)，對周期性激勵信號和不確定的外界擾動控制效果優(yōu)良，適用于多數(shù) FTS裝置，本文具體將從以下幾個方面展開研究：
　　(1)設(shè)計一種可以微調(diào)金剛石刀具高度的單自由度壓電驅(qū)動的 FTS裝置，建立柔性鉸鏈剛度模型，并通過建立的剛度模型計算得到裝置固有頻率；利用本

3、文設(shè)計裝置的具體參數(shù)，對裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析，主要涉及部件的靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，通過分析結(jié)果與設(shè)計要求比對，逐步優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，對所設(shè)計的 FTS裝置進(jìn)行性能測試，主要涉及剛度測試、最大位移測試、階躍響應(yīng)測試、分辨率測試，以此驗(yàn)證所設(shè)計裝置的系統(tǒng)運(yùn)行性能。
　　(2)選擇模糊PID控制策略作為FTS裝置的控制算法，并且對比簡單PID控制算法和模糊控制算法。在跟蹤誤差方面，模糊PID控制跟蹤誤差幅值為0.07μm，而簡單PID