高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)辨識(shí)技術(shù)研究.pdf

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)需求和超微細(xì)加工質(zhì)量的要求不斷提高，要求高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，從而改善加工效率和改善產(chǎn)品質(zhì)量。高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有無間隙、高加速度、高速度以及高帶寬的傳動(dòng)特性，越來越多的取代“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”驅(qū)動(dòng)方式在高檔數(shù)控機(jī)床上被采用。本文以高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)辨識(shí)方法進(jìn)行深入研究，為通過機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制器參數(shù)調(diào)節(jié)來提高系統(tǒng)的定位精度

2、提供依據(jù)。本研究的主要內(nèi)容如下：
　　（1）高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)三維實(shí)體模型的建立。采用 SolidWorks軟件對(duì)交流同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平臺(tái)建立了三維實(shí)體模型。對(duì)其底座和動(dòng)子運(yùn)動(dòng)臺(tái)連接部的交叉滾柱導(dǎo)軌采取簡化處理，為進(jìn)一步的模態(tài)參數(shù)辨識(shí)奠定基礎(chǔ)。
　?。?）動(dòng)態(tài)特性參數(shù)辨識(shí)方法研究。分別從時(shí)域和頻率介紹了常用的模態(tài)參數(shù)辨識(shí)方法。對(duì)基于運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)辨識(shí)方法的激勵(lì)方法和信號(hào)選擇，以及正弦掃頻信號(hào)產(chǎn)生方法進(jìn)行了研究

3、。
　?。?）高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析。建立永磁同步直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)模型，在 MATLAB simulink中搭建控制系統(tǒng)仿真模型，分別仿真分析了電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)的動(dòng)態(tài)性能，并求解了各閉環(huán)傳遞函數(shù)。考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的改變對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響，就不同的電機(jī)動(dòng)子質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析。
　　（4）高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)子滑臺(tái)動(dòng)力學(xué)特性分析。首先從能量觀點(diǎn)上應(yīng)用拉格朗日方程建立多自由度系統(tǒng)的運(yùn)

4、動(dòng)微分方程。在廣義坐標(biāo)變換下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建立動(dòng)力學(xué)模型，分析其動(dòng)態(tài)特性。固有頻率是影響動(dòng)態(tài)特性的重要因素，應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)簡化后的高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)子滑臺(tái)進(jìn)行模態(tài)仿真分析。
　?。?）高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)辨識(shí)。針對(duì)需要測試的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，設(shè)計(jì)搭建了進(jìn)給系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)。試驗(yàn)平臺(tái)分為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、測量系統(tǒng)以及軟件分析三個(gè)部分，通過正弦掃頻實(shí)驗(yàn)，基于輸入-輸出信號(hào)進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)軸向模態(tài)參數(shù)辨識(shí)。通過

5、力錘法進(jìn)行動(dòng)子平臺(tái)的模態(tài)參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，利用 LMS test.lab來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析了系統(tǒng)固有頻率并通過模態(tài)置信判據(jù) MAC進(jìn)行了模態(tài)驗(yàn)證。
　　本研究通過對(duì)高速直驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)建立控制系統(tǒng)仿真模型及機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，重點(diǎn)分析了其控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，通過有限元分析軟件模態(tài)分析，分析了系統(tǒng)的動(dòng)子滑臺(tái)的振型和固有頻率。搭建了進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)平臺(tái)，利用正弦掃頻及力錘法分別對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)軸向模態(tài)和動(dòng)子運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了參數(shù)辨識(shí)，這為