麥克斯韋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的快速刀具伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、國防、能源、航天等領(lǐng)域?qū)鈱W(xué)自由曲面的需求增長(zhǎng)的同時(shí)，對(duì)其形面要求也更加復(fù)雜從而實(shí)現(xiàn)特殊的光學(xué)性能要求。超精密加工技術(shù)在加工具有光學(xué)性能的自由曲面方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其中基于快速刀具伺服技術(shù)的單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)在加工光學(xué)自由曲面時(shí)速度快、精度高，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是據(jù)查閱資料表明目前缺少行程適中且?guī)捿^大的成熟的快速刀具伺服系統(tǒng)(FTS)，并且缺少可靠的FTS路徑生成算法及軌跡插值算法，限制了FTS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文研究的快速刀

2、具伺服系統(tǒng)基于麥克斯韋電磁正應(yīng)力原理，具有行程適中、帶寬大的特點(diǎn)，本文根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　論文討論了麥克斯韋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的快速刀具伺服系統(tǒng)(MNM-FTS)的電磁、機(jī)械以及動(dòng)力學(xué)原理分析、系統(tǒng)的優(yōu)化模型、驅(qū)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)以及FTS的路徑生成算法。論文在以下方面開展了深入的研究工作：
　　1.針對(duì)目前MNM-FTS缺少全帶寬驅(qū)動(dòng)模型的問題，本文基于磁路設(shè)計(jì)原理、靜力學(xué)原理以及動(dòng)力學(xué)原理，首次提出了麥克斯韋電機(jī)的電磁

3、-機(jī)械-動(dòng)力學(xué)全帶寬模型，并表征了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的幅值和頻率等與驅(qū)動(dòng)力、位移響應(yīng)等之間的關(guān)系。
　　2.基于建立的麥克斯韋電機(jī)的模型，首次提出了麥克斯韋電機(jī)的多目標(biāo)非線性優(yōu)化模型，模型重構(gòu)后采用序列二次規(guī)劃算法求解，求解后得出符合優(yōu)化目標(biāo)的電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，完成了電機(jī)的設(shè)計(jì)及有限元分析驗(yàn)證。提出了MNM-FTS的通用設(shè)計(jì)方法。
　　3.設(shè)計(jì)了雙環(huán)反饋的線性功率放大器作為驅(qū)動(dòng)電源，以及基于DSP為運(yùn)算核心的控制器，并采用自適應(yīng)前饋

4、控制的PID控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效控制。
　　4.本文提出了一種基于平滑分解法及曲率相關(guān)插值法的快速刀具伺服系統(tǒng)路徑生成算法，可以有效提高系統(tǒng)的加工精度，避免加工復(fù)雜形面時(shí)產(chǎn)生滑板及FTS階躍響應(yīng)復(fù)映導(dǎo)致的加工缺陷，擴(kuò)展了FTS可加工曲面的矢高差。
　　5.研究了軌跡生成控制器中適用于規(guī)律點(diǎn)以及散點(diǎn)的實(shí)時(shí)生成控制點(diǎn)的軌跡插值算法，實(shí)現(xiàn)了麥克斯韋電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀具伺服系統(tǒng)與超精密機(jī)床的聯(lián)調(diào)，并進(jìn)行了平面和自由曲面的加工測(cè)試。