數(shù)控機床雙軸同步控制技術研究.pdf

1、數(shù)控機床的雙軸同步控制，即一個機床軸的運動由兩個保持位置同步進給關系的伺服電機軸共同控制完成。在雙滾珠絲杠傳動的機床中，高速運動下的絲杠柔性變形及軸間強耦合性影響，使得數(shù)控機床的雙軸同步控制成為一復雜多變量控制任務，且難以控制。本文在國家相關科技項目支持下，對數(shù)控機床的雙軸同步控制問題進行了比較系統(tǒng)深入的研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴在基于有限元法中融合集中參數(shù)法基礎上，構建了具有典型結構的雙滾珠絲杠驅動同步軸的有限元模型，

2、并進行了模態(tài)分析，進一步的實驗驗證了所建模型的有效性。而后在有限元模型的模態(tài)分析基礎上，通過對伺服驅動單元電流環(huán)簡化處理，構建了具有動力學耦合關系的集中參數(shù)的雙軸同步進給系統(tǒng)模型。
　　 ⑵通過對雙軸同步進給機床動力學行為的理論分析，設計了基于力矩補償式、指令預補償式、速度環(huán)變增益式三種同步控制方法；同時，為使控制策略不依賴模型精度，在雙軸同步控制中還引入了PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡控制技術。并通過對原PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡控制模型評價指標

3、的改進，實現(xiàn)了PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡的在線控制能力。
　　 ⑶在對幾種常用速度規(guī)劃運動指令頻域、時域分析基礎上，通過仿真研究不同速度規(guī)劃形式及軸位置環(huán)帶寬對雙軸同步性能的影響。指出：要實現(xiàn)同步軸1g 平均加速度能力，軸位置環(huán)帶寬應滿足40Hz 要求；并應盡可能采用插補耗時較少且對軸跟蹤誤差、同步誤差影響較小的梯形加速度速度規(guī)劃。并基于“S”形加減速七段模型提出了一種預判各段插補周期個數(shù)的插補算法。
　　 ⑷在考慮實際數(shù)字伺服

4、驅動單元濾波環(huán)節(jié)影響基礎上，搭建了具有40Hz 位置環(huán)帶寬的離散時間模型的仿真平臺和硬件平臺。并對影響軸性能的絲杠扭轉振動進行了補償，為進一步的仿真和實驗研究提供了基礎。進一步的實驗，驗證了離散模型的有效性。
　　 ⑸對所提出的基于力矩補償式、指令預補償式、速度環(huán)變增益式、PID 神經(jīng)元網(wǎng)絡式四種同步控制方法進行了仿真研究；同時，還對指令預補償式、速度環(huán)變增益式同步控制方法在配置有NCUC-Bus 總線式數(shù)控系統(tǒng)的樣機上進行了實

5、驗研究。仿真與實驗結果表明：①基于力矩補償?shù)耐娇刂?，同步能力最好，但難以實用。②基于指令預補償?shù)耐娇刂疲皇軘?shù)控系統(tǒng)結構影響，易于應用到工程實際中，但過度補償會造成運行的不平穩(wěn)。在提高同步能力方面，仿真表明該方法可使同步誤差下降明顯，實驗表明實際提高能力約為40％。③基于速度環(huán)的變增益同步控制，綜合性能較好，但需要借助總線式數(shù)控系統(tǒng)才能實現(xiàn)。在提高同步能力方面，仿真表明該方法可使同步誤差有較好的下降能力，實驗表明實際提高能力約為50