本文選題：滾珠絲杠 + 高速高精度　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著數(shù)控機床、表面貼裝技術(shù)、金屬3D打印等智能制造裝備的迅速發(fā)展,采用伺服電機+滾珠絲杠的驅(qū)動技術(shù)呈現(xiàn)出巨大的需求,已成為智能制造裝備的核心基礎(chǔ)部分,對我國高端裝備的發(fā)展起著關(guān)鍵和決定性作用,其精度和速度性能直接決定了高端裝備的定位精度與效率。本文以表面貼裝技術(shù)為研究背景,針對伺服電機+滾珠絲杠在高速運行下產(chǎn)生的振動及定位精度問題,對伺服電機+滾珠絲杠的定位系統(tǒng)展開了一系列的研究。通過對該系統(tǒng)的動態(tài)特性、閉環(huán)控制算法等進行理論分析與實驗研究,使得系統(tǒng)工作臺在定位精度與速度方面都取得到了較大程度的提高。課題研究對高端裝備技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義與應(yīng)用價值。本文主要工作和研究成果如下：1)研究并設(shè)計基于“旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠”驅(qū)動模式的定位系統(tǒng),建立滾珠絲杠定位系統(tǒng)的剛體動態(tài)模型。使用分段常值電壓信號作為輸入獲取系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù),通過最小二乘辨識方法對剛體動態(tài)模型進行時域辨識。研究了作為定位系統(tǒng)驅(qū)動源的永磁交流同步電機,建立了該電機基于空間矢量控制原理的數(shù)學(xué)模型,通過實驗研究獲取了電機驅(qū)動放大器的帶寬特性,奠定了控制系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)。2)在考慮工作臺高速運動及滾珠絲杠導(dǎo)程對動態(tài)特性影響的情況下,基于有限元分析的振型結(jié)果,研究了一種基于混合基函數(shù)的Ritz級數(shù)法來獲取系統(tǒng)精確的動態(tài)特性。通過數(shù)值仿真,分析了Ritz級數(shù)的收斂特性,研究了工作臺在不同位置下系統(tǒng)的固有頻率與振型的變化情況。對滾珠絲杠定位系統(tǒng)進行掃頻實驗研究,獲取系統(tǒng)實際固有頻率,結(jié)果表明,所提基于混合基函數(shù)的Ritz級數(shù)法能夠準確預(yù)測系統(tǒng)的動態(tài)特性,為高頻振動抑制提供了理論依據(jù)。3)為提高控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度,針對一類具有未知上界的匹配參數(shù)攝動和外界干擾的系統(tǒng),研究了基于非線性滑模面的滑模控制器(NSMC),分析了非線性滑模面是如何改變系統(tǒng)阻尼比以提高響應(yīng)性能。為了降低由切換控制引起的系統(tǒng)抖振,研究了自適應(yīng)參數(shù)估計以代替NSMC的切換增益。當系統(tǒng)存在不匹配參數(shù)攝動和外界干擾時,在使用非線性滑模面的基礎(chǔ)上結(jié)合干擾觀測器設(shè)計了新的滑動模態(tài),研究了基于非線性滑模面和干擾觀測器的改進型自適應(yīng)滑�？刂坡�(ANSMC-DOB)。4)從傳統(tǒng)控制方法入手,首先以滾珠絲杠定位系統(tǒng)的剛體動態(tài)模型為基礎(chǔ),研究了基于單位置閉環(huán)反饋的PID與自適應(yīng)滑�？刂啤榱颂岣呦到y(tǒng)的控制性能,研究了基于滾珠絲杠定位系統(tǒng)一階軸向模態(tài)的二自由度數(shù)學(xué)模型,以該模型為基礎(chǔ),研究了基于雙位置閉環(huán)反饋的ANSMC-DOB定位控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)特性的分析結(jié)果,研究了相應(yīng)的陷波濾波器以控制系統(tǒng)的高階模態(tài)振動。5)建立了基于dSPACE實時仿真工作平臺的滾珠絲杠閉環(huán)控制系統(tǒng),為了降低由工作臺加減速不平滑導(dǎo)致的系統(tǒng)振動現(xiàn)象,設(shè)計了適用于滾珠絲杠定位系統(tǒng)的加加速度連續(xù)的運動軌跡。由仿真和實驗研究表明,滾珠絲杠定位系統(tǒng)使用所提ANSMC-DOB控制方法時,工作臺可在最高速度為1 m/s的運行情況下獲得±10μm的軌跡跟蹤精度,相比于傳統(tǒng)PID和自適應(yīng)滑�？刂�,定位性能有了較大的提高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN405

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