基于NI控制器的單自由度快速刀具伺服裝置設計與控制.pdf

1、光學自由曲面和微結構功能表面在民用、軍事和航空航天領域有著廣泛的應用需求，基于快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)的單點金剛石車削加工技術因其高頻率響應、高定位精度等特點，已經(jīng)成為光學自由曲面和微結構功能表面最有效的加工方法之一。目前，國外已有成熟的產(chǎn)品出售，但國內(nèi)還處于實驗室研究階段，還沒有產(chǎn)業(yè)化FTS裝置。本文總結了FTS裝置的驅(qū)動方式、控制方法和策略，設計了一種刀具在Y軸方向高度可調(diào)的壓電陶瓷驅(qū)動單自由度FTS裝

2、置，針對所設計裝置的特點，研究了基于NI控制器的FTS模糊PID控制系統(tǒng)，對所研制FTS配備模糊PID控制算法進行控制，模糊PID控制算法可以快速動態(tài)地整定比例、微分和積分三個系數(shù)，對周期性激勵信號和不確定的外界擾動控制效果優(yōu)良，適用于多數(shù) FTS裝置，本文具體將從以下幾個方面展開研究：
　　(1)設計一種可以微調(diào)金剛石刀具高度的單自由度壓電驅(qū)動的 FTS裝置，建立柔性鉸鏈剛度模型，并通過建立的剛度模型計算得到裝置固有頻率；利用本

3、文設計裝置的具體參數(shù)，對裝置關鍵部件進行有限元分析，主要涉及部件的靜力學分析和模態(tài)分析，通過分析結果與設計要求比對，逐步優(yōu)化設計參數(shù)，對所設計的 FTS裝置進行性能測試，主要涉及剛度測試、最大位移測試、階躍響應測試、分辨率測試，以此驗證所設計裝置的系統(tǒng)運行性能。
　　(2)選擇模糊PID控制策略作為FTS裝置的控制算法，并且對比簡單PID控制算法和模糊控制算法。在跟蹤誤差方面，模糊PID控制跟蹤誤差幅值為0.07μm，而簡單PID