隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,生活水平不斷提高,光學(xué)技術(shù)在軍事、航天科技、醫(yī)學(xué)和通訊工程等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用,對于如何實(shí)現(xiàn)對光學(xué)曲面部件進(jìn)行精加工并且低成本也成為了關(guān)鍵性的研究。其中,快速刀具伺服系統(tǒng)（Fast Tool Servo,FTS）利用金剛石作為切削工具其具有高頻響、高精度、大行程、高剛度等特點(diǎn)是目前研究較多的加工技術(shù)之一。本文以音圈電機(jī)為被控對象,研究FTS系統(tǒng)在加工過程中為了提高跟蹤精度、抑制擾動(dòng)的控制方法,具體研究內(nèi)容如下:首先,搜集并查閱大量的國內(nèi)外參考文獻(xiàn),掌握有關(guān)音圈電機(jī)、快刀伺服裝置以及對適用于音圈電機(jī)FTS的控制算法。由此,針對音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)快刀伺服裝置系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和FTS裝置的核心性能指標(biāo)等對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。其次,針對音圈電機(jī)FTS伺服系統(tǒng)周期性擾動(dòng)和周期性輸入信號的跟蹤問題提出改進(jìn)式重復(fù)補(bǔ)償PI控制,既能精確跟蹤周期信號,抑制周期性擾動(dòng),又能解決由于重復(fù)控制器的延時(shí)而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差的問題。對于抑制非周期擾動(dòng)構(gòu)造了超螺旋觀測器,利用魯棒精確微分器來估計(jì)超螺旋觀測器所需的速度。將兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,提出基于超螺旋觀測器的改進(jìn)式重復(fù)控制... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高精密自由曲面類加工器件Fig.1.1Highprecisionfree-formsurfacemachiningdevices

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1.2日本森精機(jī)MORISEIKICNC高精度立式加工機(jī)床Fig.1.2JapaneseMorifinemachineMORISEIKICNChighprecisionverticalmachiningmachine（2）工件的拋光對工件的拋光，外表面打磨等工藝，因?yàn)榧夹g(shù)的局限，以及設(shè)備的粗糙性，使得生產(chǎn)部件總體效率降低，要想制造出具有高精度、大行程的數(shù)控機(jī)床，對于高精度零部件的加工制造有著重要的意義。隨著光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展，設(shè)計(jì)者提出了一些較為復(fù)雜的光學(xué)自由曲面，如不連續(xù)曲面、Kohler曲面和一些仿復(fù)眼曲面。它們可以進(jìn)一步改善透鏡的一些光學(xué)特性，改善照明效率、擴(kuò)大視野等[3]。這就要求所需工件表面的粗糙程度應(yīng)達(dá)到微米級甚至更高的精度，工件曲面越復(fù)雜，對其加工技術(shù)的精度越嚴(yán)苛。因此，在加工原件過程中應(yīng)更好地控制和消除主要誤差來源以滿足加工精度需要[4]。相對于金屬部件外表面相對復(fù)雜的非圓型以及不對稱型的工件就要使用不同的車削設(shè)備進(jìn)行加工，這些車削設(shè)備必須具備著相當(dāng)高的制造精度，同時(shí)也須要具備著很好的加工效率，較低的成本優(yōu)勢。為使這些目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，新一代的數(shù)控機(jī)床車削工具以及全新的加工方式被開發(fā)出來。比如：小型銑床、UltraMill超精密微細(xì)銑床加工、快速刀具伺服技術(shù)(FastToolServo，F(xiàn)TS)、慢速刀具伺服技術(shù)(SlowToolServo，STS)等[5]。其中，STS加工技術(shù)受自身車床滑動(dòng)底座慣性的影響以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度較慢的局限，僅適合加工曲面連續(xù)而且較大的復(fù)雜光學(xué)器件，加工效率偏低[6]。而在現(xiàn)實(shí)車床使用中，快速刀伺服技術(shù)有著較大的行程，高精度和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，能夠在加工工件表面相對復(fù)雜的時(shí)候使用。光學(xué)表面加工精度的提高已成為FTS制造中的主要問題。影響加工精度的兩個(gè)主要因素是眾所周知的。第一個(gè)因素來自于超精密車床和加工技術(shù)系統(tǒng)?

第1章緒論3研究，以獲得更好的性能[7]。1.2FTS技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基于快刀伺服系統(tǒng)（FTS）的金剛石車削技術(shù)被越來越多的學(xué)者研究。FTS起源于勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory，LLNL）20世紀(jì)80年代大規(guī)模光學(xué)金剛石車床的開發(fā)過程[8]。如圖1.3所示大型光學(xué)金剛石車床結(jié)構(gòu)圖，帕特森開發(fā)了一種新型的微刀具進(jìn)給系統(tǒng)，以壓電陶瓷作為系統(tǒng)的執(zhí)行器件，利用壓電陶瓷的原理分析，進(jìn)而取得刀具的微位移。微進(jìn)給系統(tǒng)后來被命名為快速刀具伺服系統(tǒng)[9]。圖1.3大型光學(xué)金剛石車床結(jié)構(gòu)圖Fig.1.3StructureDiagramoflargeOpticalDiamondLathe1.2.1FTS裝置的發(fā)展現(xiàn)狀因?yàn)榭焖俚端欧b置加工技術(shù)在頻率響應(yīng)上具有1~2kHz，以及更高的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)，有著加工精度達(dá)到納米級別，是目前很多研究人員進(jìn)行三維空間化復(fù)雜表面加工的首選方案。早在1991年，美國就是使用了快速刀伺服裝置進(jìn)行對圓周曲面進(jìn)行表面數(shù)據(jù)加工，這種圓周表面會(huì)有接近40個(gè)矩形齒，其波幅能夠達(dá)到2.5μm，部件加工出來的表面誤差能夠達(dá)到0.5μm[10]。在1999年，夫瑯和費(fèi)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)院研究人員就使用快速刀伺服裝置，加工出了集成式的多面反光鏡片，如下圖1.4所示。在2004年美國實(shí)驗(yàn)室也使用快速刀伺服裝置加工出如圖中1.5所示的正弦表面，其X軸、Y軸波長以及運(yùn)動(dòng)幅值都能夠達(dá)到70.7μm和2.5μm。部件表面精度誤差為0.1μm，表面粗糙度為50nm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超精密銑削加工自由曲面光學(xué)元件誤差補(bǔ)償方法[J]. 曹義.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2018(11)
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博士論文
[1]利用快速刀具伺服車削光學(xué)自由曲面的研究[D]. 劉強(qiáng).吉林大學(xué) 2012
[2]基于滑動(dòng)模態(tài)的永磁直線同步電動(dòng)機(jī)魯棒速度控制[D]. 孫宜標(biāo).沈陽工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]洛倫茲力型快速刀具伺服系統(tǒng)跟蹤控制研究[D]. 徐燕.沈陽工業(yè)大學(xué) 2019
[2]超高頻運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D]. 范旭偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[3]基于擾動(dòng)觀測器的移動(dòng)機(jī)人軌跡跟蹤控制研究[D]. 嚴(yán)珺雄.天津工業(yè)大學(xué) 2019
[4]基于模糊自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階PID伺服控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]. 單亞運(yùn).江蘇科技大學(xué) 2018
[5]基于速度規(guī)劃的永磁直線伺服系統(tǒng)自適應(yīng)反推滑�？刂芠D]. 吳勇慷.沈陽工業(yè)大學(xué) 2018
[6]高頻響音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)FTS的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)控制[D]. 蘇曉鋒.沈陽工業(yè)大學(xué) 2018
[7]基于擾動(dòng)觀測器的IPMSM無位置傳感器研究[D]. 周靜.大連理工大學(xué) 2018
[8]高推力密度圓筒型音圈電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D]. 王曉偉.重慶大學(xué) 2018
[9]高精度微進(jìn)給快速刀具伺服系統(tǒng)控制算法研究[D]. 張戟.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[10]基于壓電陶瓷的快刀伺服車削加工研究[D]. 李海民.廣東工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3217748