數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平衡性和輪廓精度控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著虛擬技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、云制造等新型技術(shù)以及高速切削和精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出更高要求。為了滿足先進(jìn)制造技術(shù)的需求，本文綜合運(yùn)用多種交叉學(xué)科的先進(jìn)理論和方法，圍繞數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓精度控制等問題，主要從連續(xù)短線段輪廓加工技術(shù)、數(shù)控伺服控制系統(tǒng)模型辨識(shí)與建模技術(shù)、獨(dú)立軸位置伺服控制技術(shù)和多軸聯(lián)動(dòng)位置伺服控制技術(shù)等方面展開研究。論文主要研究工作及取得的成果如下：
　　 (1)為減小數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)短

2、線輪廓加工過程中速度較大的波動(dòng)，研究一種三次參數(shù)樣條曲線局部平滑過渡方法，設(shè)計(jì)內(nèi)接過渡法和外接過渡法兩種過渡類型，在轉(zhuǎn)接點(diǎn)附近插入兩段或三段三次參數(shù)樣條曲線進(jìn)行局部處理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接速度高平穩(wěn)過渡；為解決嵌入式數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速速度規(guī)劃的實(shí)時(shí)性問題，提出一種簡(jiǎn)化快速的S形速度規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)連續(xù)短線段高平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。通過仿真和加工實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提出的方法有效地提高連續(xù)短線段輪廓加工的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和加工效率。
　　 (2)為提高系統(tǒng)模型的建模精

3、度，綜合運(yùn)用支持向量機(jī)、粒度計(jì)算、系統(tǒng)辨識(shí)、免疫算法、微粒群算法等多種交叉學(xué)科的先進(jìn)理論和方法，對(duì)數(shù)控伺服控制系統(tǒng)模型辨識(shí)與建模進(jìn)行研究。采用二維搜索算法和支持向量機(jī)相結(jié)合的思想對(duì)數(shù)控伺服控制系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行辨識(shí)；為提高模型辨識(shí)精度，研究一種基于信息粒度支持向量機(jī)的辨識(shí)方法，對(duì)數(shù)控伺服控制系統(tǒng)的模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)；提出基于交叉變異功能的免疫微粒群優(yōu)化算法對(duì)信息粒度支持向量機(jī)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，改善辨識(shí)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的方法可有效地

4、提高系統(tǒng)的辨識(shí)精度。
　　 (3)為提高獨(dú)立軸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度，綜合運(yùn)用廣義預(yù)測(cè)控制和模糊控制等理論方法，研究一種改進(jìn)型廣義預(yù)測(cè)控制和非線性自適應(yīng)模糊控制相結(jié)合的復(fù)合模式控制策略。為減小獨(dú)立軸運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)、加速度波動(dòng)和跟蹤誤差，改進(jìn)廣義預(yù)測(cè)控制的性能優(yōu)化指標(biāo)；提出一種自適應(yīng)調(diào)整改進(jìn)型廣義預(yù)測(cè)控制參數(shù)的方法，提高系統(tǒng)的控制性能；為滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，提出一種簡(jiǎn)化計(jì)算模型求解控制輸入量；為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提出一種自適

5、應(yīng)變結(jié)構(gòu)參數(shù)的模糊控制算法。實(shí)驗(yàn)表明，所提出的創(chuàng)新性方法可有效提高數(shù)控系統(tǒng)獨(dú)立軸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。
　　 (4)為提高多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓加工精度，研究一種多軸參數(shù)模型預(yù)測(cè)控制和非線性自適應(yīng)模糊PID控制的復(fù)合模式控制方法，采用多軸參數(shù)模型預(yù)測(cè)控制方法對(duì)系統(tǒng)的線性模型進(jìn)行控制，采用非線性自適應(yīng)模糊PID控制對(duì)系統(tǒng)的非線性模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償控制。為提高模型計(jì)算效率，構(gòu)建一種輪廓誤差模型、速度誤差模型和加速度誤差模型

6、；為提高多軸伺服控制系統(tǒng)的控制性能，提出一種性能優(yōu)化指標(biāo)，使系統(tǒng)的跟蹤誤差、輪廓誤差、速度誤差和加速度誤差最??；為滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)化的計(jì)算模型求解多軸參數(shù)模型預(yù)測(cè)控制增量；為提高多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)魯棒性，提出一種非線性自適應(yīng)模糊PID控制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的創(chuàng)新性成果可有效地提高多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓精度。
　　 (5)以數(shù)控雕銑機(jī)為機(jī)械平臺(tái)，自主設(shè)計(jì)和研發(fā)相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，并對(duì)本文所提出的連續(xù)短