本文關(guān)鍵詞：直線電機驅(qū)動的數(shù)控機床XY工作臺輪廓誤差控制系統(tǒng)設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在數(shù)控機床向著高速高精發(fā)展的潮流下，直線電機以其獨有的速度和精度優(yōu)勢開始運用于數(shù)控機床，并開始逐步取代旋轉(zhuǎn)電機加滾珠絲杠這一傳統(tǒng)的伺服機構(gòu)。直線電機驅(qū)動的XY工作臺是數(shù)控機床中實現(xiàn)平面定位和進給的最基本的機構(gòu)之一，在數(shù)控鏜、銑、鉆床以及各種加工中心中廣泛應(yīng)用。 數(shù)控機床XY工作臺的輪廓精度是其最重要的指標，本文研究的目的是設(shè)計工作臺的控制系統(tǒng)對其進行輪廓控制。在直線電動機驅(qū)動的XY工作臺運行的過程中，，有多種因素會影響直線電機伺服系統(tǒng)的運行，并影響到工作臺運行的輪廓精度。如載荷變化、振動、摩擦、切削力變化等，此外在不同的加工過程中，工作臺承載的工件質(zhì)量不同，而質(zhì)量的變化會使得直線電機伺服控制系統(tǒng)的控制效果下降，并最終影響工作臺的輪廓精度。這些因素都是在設(shè)計輪廓控制系統(tǒng)過程中要考慮的問題。 首先，本文介紹了直線電機驅(qū)動的數(shù)控機床XY工作臺的常見控制方法，以及這些控制方法在國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，闡述了數(shù)控機床XY工作臺的基本結(jié)構(gòu)以及工作原理。分析并選擇了適合本文的輪廓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 其次，分析了輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計要求，建立了輪廓誤差模型，然后本文在高速高精要求下，建立了永磁同步直線電動機驅(qū)動的數(shù)控機床XY工作臺的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)直線電機XY工作臺的特點，對工作臺的單軸速度控制器和位置控制器進行設(shè)計。 在設(shè)計控制器的過程中，本文研究了廣泛應(yīng)用的PID控制在系統(tǒng)質(zhì)量發(fā)生變化時的控制效果，并針對工作臺在不同工況下質(zhì)量會發(fā)生變化這一特點設(shè)計控制器。 第一，在速度控制環(huán)節(jié)采用模糊控制，在位置控制環(huán)節(jié)采用非線性PID控制，并根據(jù)研究對象的特點對其進行改進，相比傳統(tǒng)PID控制能更好的應(yīng)對質(zhì)量變化； 第二，在XY工作臺輪廓控制上，采用實時輪廓誤差估計模型計算出伺服進給系統(tǒng)的輪廓誤差，使用交叉耦合控制器來分配XY軸的補償量，實現(xiàn)對輪廓誤差的實時補償，提高工作臺的輪廓精度。 最后使用MATLAB/simulink完成了直線電機XY工作臺控制系統(tǒng)的建模與仿真。理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果表明，模糊控制器、變參數(shù)非線性PID控制器運用于XY工作臺單軸控制，能在不同工況下當系統(tǒng)質(zhì)量發(fā)生變化時保持良好的控制效果。交叉耦合控制相比兩軸獨立控制，能更有效的提高工作臺的輪廓精度。
【關(guān)鍵詞】：XY工作臺 直線電機伺服系統(tǒng) 質(zhì)量變化 模糊控制 非線性PID控制 輪廓控制
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究目的和意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 數(shù)控機床 XY 工作臺輪廓控制研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 數(shù)控機床直線電機伺服系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 數(shù)控機床直線電機控制方法發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文研究思路及方法18-20
• 第二章 數(shù)控機床 XY 工作臺伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和運行原理20-27
• 2.1 數(shù)控機床基本結(jié)構(gòu)及其工作原理20-21
• 2.1.1 數(shù)控機床的工作原理21
• 2.2 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)21-24
• 2.2.1 旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.2 直線電機伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)23-24
• 2.3 直線電機伺服系統(tǒng)在機床中的應(yīng)用24-26
• 2.3.1 單軸直線電機伺服系統(tǒng)25
• 2.3.2 兩軸平行直線電機伺服系統(tǒng)25
• 2.3.3 XY 結(jié)構(gòu)直線電機伺服系統(tǒng)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 數(shù)控機床 XY 工作臺輪廓控制方法27-38
• 3.1 XY 工作臺輪廓誤差定義及其模型27-31
• 3.1.1 輪廓誤差的定義27-28
• 3.1.2 直線輪廓誤差28-29
• 3.1.3 圓輪廓誤差29-30
• 3.1.4 任意曲線輪廓誤差30-31
• 3.2 兩軸獨立輪廓控制31-32
• 3.3 交叉耦合輪廓控制32-35
• 3.3.1 交叉耦合輪廓控制的發(fā)展33-34
• 3.3.2 含速度調(diào)節(jié)的交叉耦合輪廓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34-35
• 3.3.3 常用的交叉耦合輪廓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)35
• 3.4 XY 工作臺輪廓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇35-37
• 3.4.1 交叉耦合輪廓控制器的設(shè)計規(guī)劃36
• 3.4.2 單軸控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 直線電機伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及模型影響因素分析38-47
• 4.1 單軸直線電機伺服系統(tǒng)模型的建立建模38-43
• 4.1.1 直線電機運行原理38-39
• 4.1.2 直線電機數(shù)學(xué)模型39-43
• 4.2 控制系統(tǒng)及外部擾動43-44
• 4.3 工作臺運動部件質(zhì)量變化對其響應(yīng)性能的影響分析44-46
• 4.3.1 直線電機伺服系統(tǒng)的固有頻率45
• 4.3.2 第一次達到穩(wěn)態(tài)的時間45-46
• 4.3.3 最大超調(diào)量分析46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 單軸伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計47-76
• 5.1 數(shù)控機床直線電機伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47-48
• 5.1.1 兩環(huán)結(jié)構(gòu)47-48
• 5.1.2 三環(huán)結(jié)構(gòu)48
• 5.2 單軸直線電機伺服系統(tǒng)速度環(huán)控制器設(shè)計48-62
• 5.2.1 速度環(huán) PID 控制理論49
• 5.2.2 運動部件質(zhì)量編號對速度環(huán) PID 控制器的影響分析49-54
• 5.2.3 速度環(huán)控制器的選擇54-55
• 5.2.4 速度環(huán)模糊控制器設(shè)計與分析55-62
• 5.3 單軸直線電機伺服系統(tǒng)位置環(huán)控制器設(shè)計62-75
• 5.3.1 系統(tǒng)運動部件質(zhì)量變化對 PID 位置控制器的影響分析63-64
• 5.3.2 位置環(huán)控制器的選擇64-66
• 5.3.3 位置環(huán)非線性 PID 控制器的設(shè)計66-67
• 5.3.4 系統(tǒng)運動部件質(zhì)量變化對非線性 PID 位置控制器的影響分析67-69
• 5.3.5 變參數(shù)非線性 PID 控制的設(shè)計69-72
• 5.3.6 非線性 PID 控制器參數(shù)的線性擬合72-73
• 5.3.7 自適應(yīng)變參數(shù)非線性 PID 仿真分析73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 輪廓控制器的設(shè)計76-83
• 6.1 兩軸獨立輪廓控制性能研究76-77
• 6.1.1 XY 軸獨立控制時的輪廓誤差仿真76-77
• 6.2 交叉耦合輪廓控制器的設(shè)計77-81
• 6.2.1 交叉耦合控制理論77-78
• 6.2.2 變增益交叉耦合控制78-79
• 6.2.3 變增益交叉耦合輪廓控制器設(shè)計79-81
• 6.3 XY 軸輪廓控制時的輪廓誤差仿真81-82
• 6.4 本章小結(jié)82-83
• 第七章 結(jié)論與展望83-85
• 7.1 結(jié)論83-84
• 7.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-90

【參考文獻】

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本文編號：327421