【摘要】：機(jī)電系統(tǒng)中存在著大量諸如摩擦非線性、間隙非線性等不利于準(zhǔn)確位置控制的因素,尤其在高精度數(shù)控加工系統(tǒng)中,這些因素的存在使得線性控制的效果變差。在平面圓弧軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中,摩擦非線性的存在使得某一插補(bǔ)軸的速度反向時(shí),圓弧軌跡發(fā)生畸變。畸變體現(xiàn)為在四個(gè)象限交替處的軌跡突起,得名過象限突起。過象限突起的存在降低了伺服系統(tǒng)控制的精確性以及運(yùn)動(dòng)的均勻性。因此,進(jìn)行機(jī)理分析和摩擦補(bǔ)償,對(duì)于解決圓弧插補(bǔ)過程中的過象限突起問題具有重要意義。本文首先分析了摩擦非線性的各模型,陳述選擇Lu Gre摩擦模型的原因。之后給出了圓弧輪廓誤差與單軸跟蹤誤差的關(guān)系,并將平面雙軸的圓弧運(yùn)動(dòng)分解成兩個(gè)獨(dú)立的單軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析,證明過象限突起的抑制可以從提升單軸位置跟蹤精度的角度下手。最后結(jié)合Lu Gre摩擦模型,建立滾珠絲杠伺服平臺(tái)含摩擦的單慣量剛性模型和雙慣量彈性模型。接著討論了Lu Gre摩擦模型的收斂性,將其用于仿真以復(fù)現(xiàn)過象限突起現(xiàn)象。利用Simulink定性分析了過象限突起的產(chǎn)生機(jī)理,從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度研究了象限突起的影響因素,并用象限毛刺幅值和象限毛刺持續(xù)時(shí)間兩個(gè)指標(biāo)來衡量過象限突起的程度。仿真表明,圓弧插補(bǔ)的加速度越大,即圓弧插補(bǔ)的速率越大、圓弧半徑越小,象限毛刺的幅值越大、持續(xù)時(shí)間越長。然后提出了基于逆模型的轉(zhuǎn)矩反饋補(bǔ)償策略和基于摩擦模型的轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償策略;并通過仿真對(duì)比了兩種方法的優(yōu)劣。仿真結(jié)果表明,擾動(dòng)觀測器雖然設(shè)計(jì)起來更為簡單,但只能部分抑制象限毛刺。在摩擦參數(shù)精確辨識(shí)的基礎(chǔ)上,摩擦前饋補(bǔ)償效果明顯,在庫侖摩擦、庫侖+粘滯摩擦、Lu Gre摩擦模型三種方案中,基于庫侖+粘滯摩擦的前饋補(bǔ)償就復(fù)雜度和補(bǔ)償效果來看最有優(yōu)勢。最后,在交流伺服電機(jī)拖動(dòng)的滾珠絲杠平臺(tái)上,復(fù)現(xiàn)了過象限突起現(xiàn)象,測試了松下A6伺服驅(qū)動(dòng)器的過象限突起抑制功能。并在實(shí)驗(yàn)室自制驅(qū)動(dòng)器中編寫基于庫侖摩擦、庫侖+粘滯摩擦、Lu Gre模型的摩擦前饋補(bǔ)償算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這三種方法均具有一定的抑制效果,其中庫侖摩擦+粘滯摩擦模型效果最佳。經(jīng)對(duì)比,本文采用象限毛刺補(bǔ)償策略能夠?qū)⒚谭到档轿匆种茣r(shí)的20%以下,效果優(yōu)于松下A6驅(qū)動(dòng)器的“象限突起抑制”功能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM921.541
【圖文】：

擦力、剪切力、間隙等非線性機(jī)械環(huán)節(jié)。電機(jī)、支撐軸承和螺母受到摩擦力矩，直線運(yùn)動(dòng)的部件與滾動(dòng)導(dǎo)軌之間也會(huì)受到摩擦力環(huán)節(jié)的存在制約了伺服定位精度的提升，尤其是電機(jī)低速運(yùn)行和非線性因素的影響尤為顯著。在位置控制精度要求高的軍事和工如數(shù)控機(jī)床、導(dǎo)彈舵機(jī)等用品中，伺服系統(tǒng)受到非線性因素作用置響應(yīng)產(chǎn)生極限環(huán)振蕩[2]、定位末端抖振[3]、過象限毛刺[4]等。若措施，則會(huì)嚴(yán)重降低定位精度。課題研究的圓弧過象限突起(又稱為過象限毛刺)問題多發(fā)生在數(shù)[5]，由于在過象限處嚴(yán)重影響圓弧軌跡的跟蹤精度而受到廣泛的1-1 所示，是數(shù)控機(jī)床加工件出現(xiàn)的過象限突起現(xiàn)象。研究伺服系精度的問題雖然十分經(jīng)典，但過象限突起這一現(xiàn)象是近十年來才究點(diǎn)，究其根本是由于伺服系統(tǒng)位置傳感器的精度、伺服定位精和加工精度要求的提高[6]，才促使人們關(guān)注和研究這一微米級(jí)的而，作為高精度位置控制問題的一部分，研究過象限突起的抑制具有很重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值和研究價(jià)值。

圖 5-1 滾珠絲杠傳動(dòng)平臺(tái)-1 給出了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要參數(shù)。較為重要的有絲杠平臺(tái)的(rad/s)到直線運(yùn)動(dòng)側(cè)(mm/s)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。在下面的實(shí)驗(yàn)中，到直線側(cè)，統(tǒng)一用直線側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較。表 5-1 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)參數(shù)名稱 松下電機(jī)參數(shù)值 實(shí)驗(yàn)室自制電機(jī)額定功率 Pn750 W 750W額定轉(zhuǎn)速 n 3000 r/min 3000r/m額定轉(zhuǎn)矩 Te2.39 N m 2.39 N 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm1.56e-4 kg m21.82e-4 kg環(huán)增益 Kppos 630 0.1/s 30（標(biāo)幺增益 pid1_spd.Kv 350 0.1Hz 160 0.1ms 5（標(biāo)幺） 0.05轉(zhuǎn)指令脈沖數(shù) 100000cts 10000c平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jl20 1.7e-4 kg m2（轉(zhuǎn)換到直線導(dǎo)軌側(cè)比（直線/旋轉(zhuǎn)） 20/1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

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本文編號(hào)：2740408