高速進給驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)特性分析及其運動控制研究.pdf

1、高速加工技術(shù)要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)具有高速度和高加速度，在高速度和高加速度運行工況下，進給驅(qū)動機構(gòu)的動態(tài)特性將對機床的加工質(zhì)量和效率產(chǎn)生顯著影響，對現(xiàn)有的控制理論和方法提出了極大的挑戰(zhàn)。在此情況下，必須深入研究進給驅(qū)動機構(gòu)的動力學行為特性，并且這種動力學特性也必須在伺服控制和數(shù)控運動指令中加以考慮。本文以一種新型的進給驅(qū)動方式－重心驅(qū)動為對象，對高速進給驅(qū)動系統(tǒng)的動力學行為特性及其高精度運動控制策略進行了深入研究，主要包括以下幾方面

2、內(nèi)容： 建立了重心驅(qū)動機構(gòu)的動力學模型，從理論上證明了理想的重心驅(qū)動方式能夠抑制各軸運動時產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)振動和彎曲，從而實現(xiàn)穩(wěn)定驅(qū)動。通過對重心驅(qū)動機構(gòu)的參數(shù)化建模，分析了不同設(shè)計參數(shù)變化對重心驅(qū)動機構(gòu)動力學性能的影響，研究結(jié)果為重心驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計提供了原則。基于UG和ADAMS建立了高速進給驅(qū)動機構(gòu)的整體動力學仿真平臺，利用實驗模態(tài)分析驗證了仿真模型的有效性。通過對重心驅(qū)動方式與傳統(tǒng)驅(qū)動方式的運動仿真對比表明，重心驅(qū)動方式在高加速

3、度情況下優(yōu)勢突出，有效地抑制了振動，尤其是在輪廓拐角處，獲得了比傳統(tǒng)驅(qū)動方式高得多的運動精度，并進行了實驗驗證。 建立了一種基于有限元方法的時變的進給驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)子－絲杠系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)動力學模型，通過考慮移動部件位置和工件質(zhì)量變化對系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動特性的影響規(guī)律進行了定量仿真研究。研究結(jié)果表明移動部件位置的變化對其扭轉(zhuǎn)振動固有頻率有顯著影響，而工件質(zhì)量變化雖然對其也有影響，但沒有前者顯著。 考慮轉(zhuǎn)子－絲杠系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)動力學建立了其伺服

4、驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)學模型，并設(shè)計了IIR陷波濾波器對其前兩階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)進行了補償，分析了扭轉(zhuǎn)模態(tài)變化對陷波濾波控制的影響。為了使陷波濾波器能適應扭轉(zhuǎn)模態(tài)的變化，提出了基于增益調(diào)度和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應陷波濾波控制方法，實例分析證明了這兩種方法的有效性。 基于數(shù)控機床進給驅(qū)動機構(gòu)的動力學特性，分析了其物理約束條件，并針對NURBS曲線插補和小線段插補的幾何與運動學約束，建立了運動指令的混合約束條件?；诨旌霞s束條件，實現(xiàn)了插補過程的前

5、瞻控制與自律規(guī)劃。在華中世紀星HNC-22MF型數(shù)控系統(tǒng)上對所提出的插補算法進行了實驗驗證，證明了所提出方法的有效性。 以重心驅(qū)動平臺為例建立了數(shù)控進給驅(qū)動系統(tǒng)的機電聯(lián)合仿真模型，改進了一種進給驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)性能的評價方法，在此基礎(chǔ)上提出了一種兩階段的伺服參數(shù)調(diào)整方法。實例研究表明，利用該方法可有效地減少在實驗平臺上的調(diào)整過程。對傳統(tǒng)驅(qū)動方式與重心驅(qū)動方式的動態(tài)性能進行了仿真對比研究，結(jié)果表明，采用重心驅(qū)動方式能夠?qū)崿F(xiàn)更高的位置環(huán)