【摘要】：作為一種常用的進(jìn)給裝置,滾珠絲杠副廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備中,是影響數(shù)控機(jī)床加工精度和工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動精度的關(guān)鍵部件之一。對滾珠絲杠副進(jìn)行在線監(jiān)測,識別其運(yùn)行狀況,可以保證設(shè)備正常運(yùn)行。本文對滾珠絲杠副故障測試試驗(yàn)臺(以下簡稱測試試驗(yàn)臺)與測控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計研究,以實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測。首先,結(jié)合滾珠絲杠副尺寸與運(yùn)行參數(shù),設(shè)計了測試試驗(yàn)臺總體體系結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)測試測試試驗(yàn)臺故障模擬與機(jī)理研究的需求,設(shè)計了試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)的總體方案,包括硬件體系結(jié)構(gòu)與軟件體系結(jié)構(gòu),滿足了測試試驗(yàn)臺運(yùn)動控制和振動信號采集功能要求。其次,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于模糊PID的雙電機(jī)同步控制方法。確定了主從式雙電機(jī)同步控制方案,采用模糊PID控制算法對雙電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時同步調(diào)節(jié),分析了PID三個參數(shù)與誤差和誤差變化率之間的模糊關(guān)系,制定相應(yīng)的模糊規(guī)則,并依據(jù)該規(guī)則通過模糊推理對PID控制參數(shù)進(jìn)行整定。仿真與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明所提方法能夠有效地對雙電機(jī)進(jìn)行同步調(diào)節(jié)。然后,給出了滾珠絲杠副測控系統(tǒng)的軟硬件詳細(xì)設(shè)計方法。測控系統(tǒng)硬件包括DSP及其外圍電路模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信管理模塊、電源管理模塊、電機(jī)控制模塊和CPLD模塊等。系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)與下位機(jī)兩部分,通過串口與網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)電機(jī)控制指令和振動信號傳輸。最后,構(gòu)建了滾珠絲杠副試驗(yàn)臺和測控系統(tǒng)測試方案,開發(fā)了測控系統(tǒng)。測試結(jié)果表明所研制測控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)滾珠絲杠副試驗(yàn)臺控制和振動信號采集。研究了基于AR建模預(yù)處理與功率譜分析的滾珠絲杠副振動信號特征提取方法,分析結(jié)果表明該方法能夠進(jìn)一步提取滾珠絲杠副振動信號特征。同時,滾珠絲杠副點(diǎn)蝕故障模擬分析結(jié)果表明系統(tǒng)能夠滿足滾珠絲杠副故障模擬與監(jiān)測分析的要求。
[Abstract]:As a common feed device, ball screw pair is widely used in CNC machine tools and industrial robots and other equipment. It is one of the key components that affect the machining accuracy of CNC machine tools and the movement precision of industrial robots. On-line monitoring and identification of ball screw pairs can ensure the normal operation of the equipment. In this paper, the ball screw fault test bench (hereinafter referred to as the test bench) and the measurement and control system are designed and studied in order to realize the on-line monitoring of the running state of the ball screw pair. Firstly, combined with the size and running parameters of ball screw pairs, the overall system structure of the test stand is designed. According to the requirement of fault simulation and mechanism research of test-bed, the overall scheme of test-bed measurement and control system is designed, including hardware architecture and software architecture. It meets the requirements of motion control and vibration signal acquisition of test-bed. Secondly, the synchronous control method of double motors based on fuzzy PID is designed and implemented. The synchronous control scheme of master-slave dual motor is determined. The fuzzy PID control algorithm is used to adjust the rotating speed of the dual motor in real time. The fuzzy relation between the three parameters of PID and the error and the rate of error change is analyzed, and the corresponding fuzzy rules are established. According to the rule, the parameters of PID control are adjusted by fuzzy reasoning. The simulation and experimental results show that the proposed method can effectively adjust the dual motors synchronously. Then, the detailed design method of hardware and software of the measurement and control system of ball screw pair is given. The hardware of the measurement and control system includes DSP and its peripheral circuit module, data acquisition module, communication management module, power management module, motor control module and CPLD module. The system software consists of two parts: upper computer and lower computer. Through the interface of serial port and network, the control command and vibration signal transmission of upper and lower machine motor are realized. Finally, the test scheme of ball screw test-bed and measurement and control system is constructed, and the measurement and control system is developed. The test results show that the developed measurement and control system can realize the control of ball screw test-bed and the acquisition of vibration signal. The feature extraction method of ball screw pair vibration signal based on AR modeling pre-processing and power spectrum analysis is studied. The analysis results show that this method can further extract the vibration signal feature of ball screw pair. At the same time, the simulation and analysis results of pitting corrosion fault of ball screw pair show that the system can meet the requirements of fault simulation and monitoring analysis of ball screw pair.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659;TP274

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本文編號：2445629