多股簧全自動數(shù)控加工機床控制系統(tǒng)的研制.pdf

1、多股螺旋彈簧（簡稱多股簧）是由多根彈簧鋼絲擰制成多層鋼索卷繞而成的圓柱螺旋彈簧。與普通單股彈簧相比，由于多股簧在強度、壽命、減振抗沖擊方面等具有優(yōu)良的性能，使其應用前景廣泛。多股簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多，工藝條件復雜，目前國內(nèi)的多股簧加工機床還存在各種不足，嚴重影響了加工效率和精度，主要表現(xiàn)在：鋼絲張力控制精度不高，無法實現(xiàn)指定退扭；采用有芯卷簧原理，加工不同直徑的彈簧需要更換不同的心軸，且加工長度受限于芯軸長度；端頭固定和彈簧剪切需要手工完成

2、。因此，提高多股簧的加工效率、降低加工成本、提高加工精度，研制高效高精度的多股簧全自動數(shù)控加工機床具有重大意義。本文在綜合分析了多股簧的加工特點和國內(nèi)目前多股簧加工過程中存在問題的基礎上，重點研究了高效高精度多股簧全自動數(shù)控加工機床的控制系統(tǒng)的可行性及實現(xiàn)方法。本文的主要工作如下：
　　①根據(jù)多股簧全自動數(shù)控加工機床的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了機床控制系統(tǒng)的需求，并詳細設計和完成了控制系統(tǒng)的總體方案研究，把控制系統(tǒng)分為人機交互系統(tǒng)、伺

3、服驅(qū)動控制系統(tǒng)和張力控制系統(tǒng)，提出了多股簧全自動數(shù)控加工機床的控制軟件的架構(gòu)。
　?、诟鶕?jù)多股簧全自動數(shù)控加工機床人機交互系統(tǒng)、伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)和張力控制系統(tǒng)的控制需求，完成了控制系統(tǒng)主要硬件的選型，設計了各系統(tǒng)的硬件平臺，完成了控制電路和控制結(jié)構(gòu)設計，且完成了各個系統(tǒng)之間通信結(jié)構(gòu)的設計和實現(xiàn)。
　　③研究了多股簧加工過程中主軸電機速度計算、退扭電機速度計算和加工長度計算的數(shù)學模型，分析了多股簧全自動數(shù)控加工機床人機界面的功

4、能要求，利用C＃編程，完成了主控界面、張力顯示界面和手動控制界面的設計，開發(fā)了人機界面的控制程序，并且在張力顯示界面實現(xiàn)了張力的圖形顯示。
　　④分析了各電機的速度關系，根據(jù)多股簧全自動數(shù)控加工機床伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的要求，完成了伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制電路和供電電路的設計，利用梯形圖編程，完成了PLC（Programmable Logic Controller）控制程序的設計和開發(fā)，實現(xiàn)了七軸+兩缸的聯(lián)動控制。
　?、莞鶕?jù)張力

5、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析了張力控制系統(tǒng)的特點，完成了多股簧全自動數(shù)控加工機床張力控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)設計、控制電路設計和控制程序設計。提出了一種帶 PID（Proportion Integration Differentiation）補償?shù)幕诟倪M SVR（Support Vector Regression）方法的復合控制算法，以非線性松弛因子替代線性松弛因子，抑制噪聲在逆動力學建模過程中的影響，提高了建模精度，把系統(tǒng)逆模型作為前饋控制器，P