精密微結(jié)構(gòu)功能表面的金剛石超精密加工技術(shù)是近年來國內(nèi)外興起的一項新技術(shù),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、航空航天等領(lǐng)域。這項技術(shù)在國內(nèi)興起時間較短,而且加工設(shè)備的落后極大的限制了高精度的微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)元件的加工,因此,當(dāng)今超精密加工領(lǐng)域中一項重要的任務(wù)就是開發(fā)復(fù)雜微結(jié)構(gòu)表面的加工技術(shù)�？斓端欧到y(tǒng)（Fast Tool Servo,FTS）是用于加工精密微結(jié)構(gòu)表面的高效、高精度、低成本的加工技術(shù),使機床具有良好的高頻響應(yīng)性能及跟蹤精度。本文研究以壓電陶瓷作為快速刀具伺服系統(tǒng)的驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu),進行高頻響周期性輸入信號下控制策略的研究。具體研究工作如下:首先,查閱了大量國內(nèi)外關(guān)于壓電驅(qū)動式FTS的文獻(xiàn),學(xué)習(xí)了壓電驅(qū)動式FTS的工作原理和FTS的控制算法,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建壓電驅(qū)動式FTS的數(shù)學(xué)模型。其次,由于壓電驅(qū)動式快刀伺服系統(tǒng)存在壓電陶瓷材料磁滯和蠕變特性,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,并考慮到實際加工中存在參數(shù)變化等問題,采用內(nèi)�？刂品椒�。內(nèi)模控制方法實用且結(jié)構(gòu)簡單、不需要精確的數(shù)學(xué)模型,在線調(diào)節(jié)參數(shù)少,特別是對于抗干擾性能的改善,效果尤為顯著。由于壓電陶瓷元件磁滯和蠕變特性,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,但在周... 

【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】：

北卡羅納州立大學(xué)已安裝壓電陶瓷型FTSFig.1.4NorthCarolinaStateUniversityhasinstalledpiezoceramicFTS

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文263.3仿真結(jié)果及分析利用第二章的數(shù)學(xué)模型，按照本章采用控制原理搭建MATLAB/Simulink仿真模塊，調(diào)試值仿真參數(shù)并添加模擬干擾，經(jīng)調(diào)試到最佳狀態(tài)后，仿真結(jié)果如下，由于壓電式FTS輸入信號一般為周期性信號，所以本文采用輸入給定信號分別采用行程為50μm、90μm，仿真輸入頻率為分別300Hz、500Hz、1000Hz。首先，為了說明內(nèi)�？刂品椒ǜ櫺阅鼙容^好，而且在線調(diào)節(jié)參數(shù)比較少，在此給出了參考輸入正弦信號在沒有加入任何干擾時內(nèi)模控制的位置跟蹤響應(yīng)曲線。然而，在實際應(yīng)用中可能因為外界干擾，使系統(tǒng)出現(xiàn)重復(fù)性與非重復(fù)性擾動，對此在內(nèi)�？刂频幕A(chǔ)上加入間接迭代學(xué)習(xí)控制方法，對此進行對比仿真得出下圖：IMC控制參數(shù)設(shè)置：6108=43821215164832491426.914103.965109.65106.634103.318100.55325805ssssQssss++++=+++IMCILC控制參數(shù)設(shè)置：采用PD型迭代學(xué)習(xí)控制P=0.5、D=0.01；迭代次數(shù)15。（1）行程50μm1）頻率響應(yīng)300Hz當(dāng)輸入給定信號行程50μm，頻率響應(yīng)300Hz的周期正弦信號時，圖3.6和3.7分別為內(nèi)�？刂坪蛶в械鷮W(xué)習(xí)的內(nèi)�？刂聘櫱�，對比兩圖可以看出，兩種方法跟蹤性能都比較好圖3.6IMC正弦波響應(yīng)曲線Fig.3.6IMCsinewaveresponsecurve圖3.7IMCILC正弦波響應(yīng)曲線Fig.3.7IMCILCsinewaveresponsecurve圖3.8是各次跟蹤誤差的均方根可以看出，迭代學(xué)習(xí)方法在迭代5次后就趨于穩(wěn)定，迭代15次誤差穩(wěn)定收斂，為了更直觀看出IMCILC的優(yōu)勢，給出兩者穩(wěn)態(tài)誤差對比圖如圖3.9，此仿真圖為無擾動時穩(wěn)態(tài)誤差，IMC的穩(wěn)態(tài)誤差為±1.695×10-8m，IMCILC穩(wěn)態(tài)誤差為±1.129×10-8m，可得出IMCILC比IMC控制精度高。

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文263.3仿真結(jié)果及分析利用第二章的數(shù)學(xué)模型，按照本章采用控制原理搭建MATLAB/Simulink仿真模塊，調(diào)試值仿真參數(shù)并添加模擬干擾，經(jīng)調(diào)試到最佳狀態(tài)后，仿真結(jié)果如下，由于壓電式FTS輸入信號一般為周期性信號，所以本文采用輸入給定信號分別采用行程為50μm、90μm，仿真輸入頻率為分別300Hz、500Hz、1000Hz。首先，為了說明內(nèi)�？刂品椒ǜ櫺阅鼙容^好，而且在線調(diào)節(jié)參數(shù)比較少，在此給出了參考輸入正弦信號在沒有加入任何干擾時內(nèi)�？刂频奈恢酶欗憫�(yīng)曲線。然而，在實際應(yīng)用中可能因為外界干擾，使系統(tǒng)出現(xiàn)重復(fù)性與非重復(fù)性擾動，對此在內(nèi)�？刂频幕A(chǔ)上加入間接迭代學(xué)習(xí)控制方法，對此進行對比仿真得出下圖：IMC控制參數(shù)設(shè)置：6108=43821215164832491426.914103.965109.65106.634103.318100.55325805ssssQssss++++=+++IMCILC控制參數(shù)設(shè)置：采用PD型迭代學(xué)習(xí)控制P=0.5、D=0.01；迭代次數(shù)15。（1）行程50μm1）頻率響應(yīng)300Hz當(dāng)輸入給定信號行程50μm，頻率響應(yīng)300Hz的周期正弦信號時，圖3.6和3.7分別為內(nèi)�？刂坪蛶в械鷮W(xué)習(xí)的內(nèi)模控制跟蹤曲線，對比兩圖可以看出，兩種方法跟蹤性能都比較好圖3.6IMC正弦波響應(yīng)曲線Fig.3.6IMCsinewaveresponsecurve圖3.7IMCILC正弦波響應(yīng)曲線Fig.3.7IMCILCsinewaveresponsecurve圖3.8是各次跟蹤誤差的均方根可以看出，迭代學(xué)習(xí)方法在迭代5次后就趨于穩(wěn)定，迭代15次誤差穩(wěn)定收斂，為了更直觀看出IMCILC的優(yōu)勢，給出兩者穩(wěn)態(tài)誤差對比圖如圖3.9，此仿真圖為無擾動時穩(wěn)態(tài)誤差，IMC的穩(wěn)態(tài)誤差為±1.695×10-8m，IMCILC穩(wěn)態(tài)誤差為±1.129×10-8m，可得出IMCILC比IMC控制精度高。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]超磁致伸縮驅(qū)動微定位平臺的動態(tài)特性[J]. 徐彬,王傳禮,喻曹豐,楊林建,姜志.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2018(34)
[3]基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解算法的直驅(qū)XY平臺交叉耦合迭代學(xué)習(xí)控制[J]. 王麗梅,孫璐.  中國電機工程學(xué)報. 2016(17)
[4]基于高階內(nèi)模的魯棒迭代學(xué)習(xí)算法[J]. 劉保彬,周偉.  控制工程. 2016(02)
[5]壓電陶瓷執(zhí)行器的動態(tài)遲滯建模與零相差前饋補償控制[J]. 唐強,吉方,陳東生,劉廣民,張連新.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2015(09)
[6]快速刀具伺服系統(tǒng)自抗擾控制的研究與實踐[J]. 吳丹,趙彤,陳懇.  控制理論與應(yīng)用. 2013(12)
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博士論文
[1]基于FTS的微結(jié)構(gòu)表面超精密車削控制系統(tǒng)及實驗研究[D]. 王曉慧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
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[2]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
[3]基于音圈電機的快刀伺服系統(tǒng)的建模與控制性能研究[D]. 李月.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[4]壓電陶瓷驅(qū)動的大行程快刀伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉藝.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[5]基于滑模的無鐵心永磁直線同步電機高精密位移跟蹤控制[D]. 仲原.沈陽工業(yè)大學(xué) 2018
[6]直線電機驅(qū)動快速刀具伺服系統(tǒng)的魯棒跟蹤控制[D]. 李巖.沈陽工業(yè)大學(xué) 2018
[7]大行程高頻響快速刀具伺服系統(tǒng)的研究[D]. 宋凱琪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[8]高精度微進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
[9]基于直線電機的FTS自適應(yīng)滑�？刂芠D]. 劉志.沈陽工業(yè)大學(xué) 2017
[10]壓電驅(qū)動型宏微結(jié)合精密定位運動平臺的研究[D]. 劉暉.吉林大學(xué) 2016



本文編號：3245611