面向高性能數控系統(tǒng)的誤差控制技術研究.pdf

1、高速高精度運動控制是現代機器制造工業(yè)的重要研究領域之一，是高速加工中心的核心，對提高生產效率和產品質量具有十分重要的作用。本文針對高性能數控系統(tǒng)受外部擾動、非線性、模型和參數不確定等因素造成加工誤差的情況，系統(tǒng)地研究了高性能運動控制在數控系統(tǒng)中的應用，從單軸控制和多軸耦合控制兩個方面研究了誤差避免和誤差補償控制問題。
　　 在實際應用中，系統(tǒng)往往要求伺服系統(tǒng)即能對參考信號有良好的跟蹤性能，又能對干擾有較強的抑制能力。讓一個控制器

2、同時達到兩方面的最佳要求，這是難以實現的。在數控機床伺服進給系統(tǒng)中，對跟蹤性能和抗擾性能要求都很高，都要達到最佳效果。因此迫切要求實現二自由度控制。即：使跟蹤性能為最佳的控制器參數和抑制擾動特性為最佳的控制器參數的調節(jié)，能分別獨立進行，不需要折中處理，使兩方面特性均達到最佳狀態(tài)。本文以二自由PID控制器設計和基于改進內?？刂频亩杂啥瓤刂破髟O計兩方面探討二自由度控制器設計。
　　 控制系統(tǒng)單獨的反饋控制已經越來越難以滿足實際控制

3、的需求，因此前饋控制作為一種新型的控制形式單獨或與反饋控制控制一起以混合控制的形式應用到工程實踐中。論文從伺服控制基本的三環(huán)控制結構入手，結合前饋控制思想，提出了基于摩擦模型和切削力預測模型的前饋補償模型。
　　 在同步控制以及多軸協(xié)調控制領域輪廓誤差(實際軌跡上的點到參考軌跡的法向距離)往往是比位置誤差(采樣時刻實際位置與參考位置之間的距離)更為重要的性能指標。論文從簡化的位置伺服系統(tǒng)數學模型為基礎，討論了運動軌跡系統(tǒng)的伺服增

4、益設計與輪廓誤差的關系。定量給出了跟蹤誤差和輪廓誤差的關系，分析了軸特性與輪廓誤差之間的關系，得出一些有用的結論。并提出了基于模糊控制的輪廓誤差控制器設計方案。
　　 為了實現實際的運動控制，同時作為本課題的技術載體，論文設計了一款基于DSP的運動控制卡。為了突破DSP硬件對控制軸數的限制，設計開發(fā)了基于CPLD的編碼器反饋電路。軟件方面設計了速度檢測算法、輸入信號數字濾波算法以及陷波濾波器等，這些軟件算法可以去除輸入信號的干擾