本文關(guān)鍵詞：基于NI控制器的單自由度快速刀具伺服裝置設(shè)計(jì)與控制

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【摘要】：光學(xué)自由曲面和微結(jié)構(gòu)功能表面在民用、軍事和航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求,基于快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)的單點(diǎn)金剛石車削加工技術(shù)因其高頻率響應(yīng)、高定位精度等特點(diǎn),已經(jīng)成為光學(xué)自由曲面和微結(jié)構(gòu)功能表面最有效的加工方法之一。目前,國外已有成熟的產(chǎn)品出售,但國內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,還沒有產(chǎn)業(yè)化FTS裝置。本文總結(jié)了 FTS裝置的驅(qū)動方式、控制方法和策略,設(shè)計(jì)了一種刀具在Y軸方向高度可調(diào)的壓電陶瓷驅(qū)動單自由度FTS裝置,針對所設(shè)計(jì)裝置的特點(diǎn),研究了基于NI控制器的FTS模糊PID控制系統(tǒng),對所研制FTS配備模糊PID控制算法進(jìn)行控制,模糊PID控制算法可以快速動態(tài)地整定比例、微分和積分三個系數(shù),對周期性激勵信號和不確定的外界擾動控制效果優(yōu)良,適用于多數(shù)FTS裝置,本文具體將從以下幾個方面展開研究:(1)設(shè)計(jì)一種可以微調(diào)金剛石刀具高度的單自由度壓電驅(qū)動的FTS裝置,建立柔性鉸鏈剛度模型,并通過建立的剛度模型計(jì)算得到裝置固有頻率;利用本文設(shè)計(jì)裝置的具體參數(shù),對裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析,主要涉及部件的靜力學(xué)分析和模態(tài)分析,通過分析結(jié)果與設(shè)計(jì)要求比對,逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù),對所設(shè)計(jì)的FTS裝置進(jìn)行性能測試,主要涉及剛度測試、最大位移測試、階躍響應(yīng)測試、分辨率測試,以此驗(yàn)證所設(shè)計(jì)裝置的系統(tǒng)運(yùn)行性能。(2)選擇模糊PID控制策略作為FTS裝置的控制算法,并且對比簡單PID控制算法和模糊控制算法。在跟蹤誤差方面,模糊PID控制跟蹤誤差幅值為0.07μm,而簡單PID的控制跟蹤誤差幅值為0.68μm,跟蹤控制精度提高9.714倍。(3)搭建FTS切削實(shí)驗(yàn)平臺,將本文設(shè)計(jì)的FTS裝置安裝在Nanoform 250機(jī)床導(dǎo)軌上,利用模糊PID控制器控制FTS系統(tǒng),通過加工鋁合金零件的端面,并利用ZYGO白光干涉儀檢測所加工的工件面型,從加工過的面型分析本文所設(shè)計(jì)FTS裝置的切削加工性能。
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG71

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