針對激光表面微織構加工過程中,機床的瞬時速度與瞬時加速度高,定位誤差與重復定位誤差難以控制,激光微織構加工工藝精度無法保證的問題,建立機床伺服系統(tǒng)的動力學模型,基于模型設計了控制系統(tǒng)的誤差補償方案,提出一種速度與加速度復合前饋補償PID控制策略。為了說明所提出的位置精度補償方法的優(yōu)越性,對補償前后的PID控制效果進行對比實驗,結果顯示,系統(tǒng)的位置誤差由補償前的4μm降低至1μm以內(nèi),重復定位精度提高50%。實驗結果表明,該控制策略能夠有效減小激光微織構加工系統(tǒng)的位置誤差,具有更高的位置跟蹤精度和重復定位精度,滿足系統(tǒng)對高精度定位的需求,為表面微織構形貌性能研究提供了更精密的機床伺服控制策略和更高的激光表面微織構加工精度。 

【文章來源】：現(xiàn)代電子技術. 2020年15期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

激光加工系統(tǒng)結構示意圖

通過對滾珠絲杠伺服傳動系統(tǒng)的結構分析可知，系統(tǒng)一般由機械傳動結構和伺服控制系統(tǒng)兩大部分組成。其機械傳動結構如圖2所示，滾珠絲杠的兩端由軸承支撐，一端與伺服電機相連，電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再由滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作臺沿直線導軌副運動，將傳動部件旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為工作臺的直線運動。光柵尺檢測工作臺實時位置，反饋信號用于伺服系統(tǒng)位置跟蹤。根據(jù)對該機械傳動結構的計算分析，設定系統(tǒng)軸向總剛度保持不變?yōu)閗i，不考慮由滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)變形和庫倫摩擦對滑塊軸向位移的影響。對滾珠絲杠伺服系統(tǒng)機械結構進行受力分析，得到傳動部分的數(shù)學模型可表示為：

考慮到傳統(tǒng)PID控制的反饋控制環(huán)節(jié)存在延時問題，造成控制失效或滯后，本文提出了復合前饋補償?shù)腜ID控制方式，旨在引入前饋控制作用于系統(tǒng)的前向通道上削弱或消除由于延時對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響[8]�？紤]到在激光加工過程中，通常會根據(jù)加工要求預知控制對象的運動軌跡、速度和加速度的變化，因此，本文選擇采用速度與加速度復合前饋補償方式對輸入信號進行補償。該前饋控制方式不僅能降低系統(tǒng)跟蹤誤差，還能在保障系統(tǒng)快速性的同時，提高控制器的軌跡跟蹤精度和系統(tǒng)的控制精度。前饋補償PID控制器的原理框圖如圖3所示。圖3中：U(s)為系統(tǒng)輸入信號；E(s)為跟蹤誤差信號；Kvff和Kaff分別為速度和加速的前饋增益；GPID(s)為PID控制器傳遞函數(shù)；G(s)為系統(tǒng)的開環(huán)函數(shù)。因此，速度與加速度復合前饋補償PID系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可表示為：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于Ritz級數(shù)的滾珠絲杠驅(qū)動系統(tǒng)建模與振動研究[J]. 錢榮榮,駱敏舟,趙江海,李濤,李露.  系統(tǒng)仿真學報. 2017(10)
[2]考慮負載重心變化的雙驅(qū)進給系統(tǒng)不同步誤差分析[J]. 謝黎明,楊曉瑛,靳嵐.  現(xiàn)代制造工程. 2016(01)
[3]滾珠絲杠進給系統(tǒng)混合建模及其振動時變性分析[J]. 董亮,湯文成,劉立.  振動與沖擊. 2013(20)
[4]大導程滾珠絲杠進給系統(tǒng)動力學建模研究[J]. 張文凱,鄭曉果,湯清雙,李鵬,白維正.  科學技術與工程. 2013(29)
[5]滾珠絲杠進給系統(tǒng)仿真建模[J]. 王永強,張承瑞.  振動與沖擊. 2013(03)

碩士論文
[1]數(shù)控機床進給系統(tǒng)動力學建模與參數(shù)辨識方法的研究[D]. 田連剛.東北大學 2014
[2]基于PMAC的永磁交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制及仿真研究[D]. 張雪英.太原理工大學 2014



本文編號：2947348