麥克斯韋電機驅動的快速刀具伺服系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、國防、能源、航天等領域對光學自由曲面的需求增長的同時，對其形面要求也更加復雜從而實現(xiàn)特殊的光學性能要求。超精密加工技術在加工具有光學性能的自由曲面方面具有獨特的優(yōu)勢，其中基于快速刀具伺服技術的單點金剛石車削技術在加工光學自由曲面時速度快、精度高，具有廣泛的應用前景。但是據(jù)查閱資料表明目前缺少行程適中且?guī)捿^大的成熟的快速刀具伺服系統(tǒng)(FTS)，并且缺少可靠的FTS路徑生成算法及軌跡插值算法，限制了FTS技術的進一步發(fā)展。本文研究的快速刀

2、具伺服系統(tǒng)基于麥克斯韋電磁正應力原理，具有行程適中、帶寬大的特點，本文根據(jù)其特點進行了加工實驗驗證。
　　論文討論了麥克斯韋電機驅動的快速刀具伺服系統(tǒng)(MNM-FTS)的電磁、機械以及動力學原理分析、系統(tǒng)的優(yōu)化模型、驅動控制器的設計以及FTS的路徑生成算法。論文在以下方面開展了深入的研究工作：
　　1.針對目前MNM-FTS缺少全帶寬驅動模型的問題，本文基于磁路設計原理、靜力學原理以及動力學原理，首次提出了麥克斯韋電機的電磁

3、-機械-動力學全帶寬模型，并表征了電機驅動電流的幅值和頻率等與驅動力、位移響應等之間的關系。
　　2.基于建立的麥克斯韋電機的模型，首次提出了麥克斯韋電機的多目標非線性優(yōu)化模型，模型重構后采用序列二次規(guī)劃算法求解，求解后得出符合優(yōu)化目標的電機的設計參數(shù)，完成了電機的設計及有限元分析驗證。提出了MNM-FTS的通用設計方法。
　　3.設計了雙環(huán)反饋的線性功率放大器作為驅動電源，以及基于DSP為運算核心的控制器，并采用自適應前饋

4、控制的PID控制算法實現(xiàn)系統(tǒng)的有效控制。
　　4.本文提出了一種基于平滑分解法及曲率相關插值法的快速刀具伺服系統(tǒng)路徑生成算法，可以有效提高系統(tǒng)的加工精度，避免加工復雜形面時產(chǎn)生滑板及FTS階躍響應復映導致的加工缺陷，擴展了FTS可加工曲面的矢高差。
　　5.研究了軌跡生成控制器中適用于規(guī)律點以及散點的實時生成控制點的軌跡插值算法，實現(xiàn)了麥克斯韋電機驅動刀具伺服系統(tǒng)與超精密機床的聯(lián)調(diào)，并進行了平面和自由曲面的加工測試。