數(shù)控系統(tǒng)運動平衡性和輪廓精度控制技術研究.pdf

1、隨著虛擬技術、云計算、物聯(lián)網、云制造等新型技術以及高速切削和精密加工技術的迅速發(fā)展，先進制造技術對數(shù)控系統(tǒng)提出更高要求。為了滿足先進制造技術的需求，本文綜合運用多種交叉學科的先進理論和方法，圍繞數(shù)控系統(tǒng)運動平穩(wěn)性和輪廓精度控制等問題，主要從連續(xù)短線段輪廓加工技術、數(shù)控伺服控制系統(tǒng)模型辨識與建模技術、獨立軸位置伺服控制技術和多軸聯(lián)動位置伺服控制技術等方面展開研究。論文主要研究工作及取得的成果如下：
　　 (1)為減小數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)短

2、線輪廓加工過程中速度較大的波動，研究一種三次參數(shù)樣條曲線局部平滑過渡方法，設計內接過渡法和外接過渡法兩種過渡類型，在轉接點附近插入兩段或三段三次參數(shù)樣條曲線進行局部處理，實現(xiàn)轉接速度高平穩(wěn)過渡；為解決嵌入式數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速速度規(guī)劃的實時性問題，提出一種簡化快速的S形速度規(guī)劃算法，實現(xiàn)連續(xù)短線段高平穩(wěn)運動。通過仿真和加工實驗，驗證所提出的方法有效地提高連續(xù)短線段輪廓加工的運動平穩(wěn)性和加工效率。
　　 (2)為提高系統(tǒng)模型的建模精

3、度，綜合運用支持向量機、粒度計算、系統(tǒng)辨識、免疫算法、微粒群算法等多種交叉學科的先進理論和方法，對數(shù)控伺服控制系統(tǒng)模型辨識與建模進行研究。采用二維搜索算法和支持向量機相結合的思想對數(shù)控伺服控制系統(tǒng)的模型結構進行辨識；為提高模型辨識精度，研究一種基于信息粒度支持向量機的辨識方法，對數(shù)控伺服控制系統(tǒng)的模型參數(shù)進行辨識；提出基于交叉變異功能的免疫微粒群優(yōu)化算法對信息粒度支持向量機的參數(shù)進行優(yōu)化，改善辨識效果。實驗結果表明，所提出的方法可有效地

4、提高系統(tǒng)的辨識精度。
　　 (3)為提高獨立軸運動平穩(wěn)性和運動精度，綜合運用廣義預測控制和模糊控制等理論方法，研究一種改進型廣義預測控制和非線性自適應模糊控制相結合的復合模式控制策略。為減小獨立軸運動速度波動、加速度波動和跟蹤誤差，改進廣義預測控制的性能優(yōu)化指標；提出一種自適應調整改進型廣義預測控制參數(shù)的方法，提高系統(tǒng)的控制性能；為滿足控制系統(tǒng)的實時性要求，提出一種簡化計算模型求解控制輸入量；為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提出一種自適

5、應變結構參數(shù)的模糊控制算法。實驗表明，所提出的創(chuàng)新性方法可有效提高數(shù)控系統(tǒng)獨立軸運動平穩(wěn)性和運動精度。
　　 (4)為提高多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性和輪廓加工精度，研究一種多軸參數(shù)模型預測控制和非線性自適應模糊PID控制的復合模式控制方法，采用多軸參數(shù)模型預測控制方法對系統(tǒng)的線性模型進行控制，采用非線性自適應模糊PID控制對系統(tǒng)的非線性模型進行誤差補償控制。為提高模型計算效率，構建一種輪廓誤差模型、速度誤差模型和加速度誤差模型

6、；為提高多軸伺服控制系統(tǒng)的控制性能，提出一種性能優(yōu)化指標，使系統(tǒng)的跟蹤誤差、輪廓誤差、速度誤差和加速度誤差最??；為滿足控制系統(tǒng)的實時性，設計一種簡化的計算模型求解多軸參數(shù)模型預測控制增量；為提高多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)魯棒性，提出一種非線性自適應模糊PID控制方法。實驗結果表明，所提出的創(chuàng)新性成果可有效地提高多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性和輪廓精度。
　　 (5)以數(shù)控雕銑機為機械平臺，自主設計和研發(fā)相應的數(shù)控系統(tǒng)，并對本文所提出的連續(xù)短