高速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析及其運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、高速加工技術(shù)要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高速度和高加速度，在高速度和高加速度運(yùn)行工況下，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性將對(duì)機(jī)床的加工質(zhì)量和效率產(chǎn)生顯著影響，對(duì)現(xiàn)有的控制理論和方法提出了極大的挑戰(zhàn)。在此情況下，必須深入研究進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為特性，并且這種動(dòng)力學(xué)特性也必須在伺服控制和數(shù)控運(yùn)動(dòng)指令中加以考慮。本文以一種新型的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)方式－重心驅(qū)動(dòng)為對(duì)象，對(duì)高速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為特性及其高精度運(yùn)動(dòng)控制策略進(jìn)行了深入研究，主要包括以下幾方面

2、內(nèi)容： 建立了重心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，從理論上證明了理想的重心驅(qū)動(dòng)方式能夠抑制各軸運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。通過對(duì)重心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模，分析了不同設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)重心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果為重心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了原則。基于UG和ADAMS建立了高速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)，利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析驗(yàn)證了仿真模型的有效性。通過對(duì)重心驅(qū)動(dòng)方式與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)比表明，重心驅(qū)動(dòng)方式在高加速

3、度情況下優(yōu)勢(shì)突出，有效地抑制了振動(dòng)，尤其是在輪廓拐角處，獲得了比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式高得多的運(yùn)動(dòng)精度，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 建立了一種基于有限元方法的時(shí)變的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子－絲杠系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型，通過考慮移動(dòng)部件位置和工件質(zhì)量變化對(duì)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性的影響規(guī)律進(jìn)行了定量仿真研究。研究結(jié)果表明移動(dòng)部件位置的變化對(duì)其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率有顯著影響，而工件質(zhì)量變化雖然對(duì)其也有影響，但沒有前者顯著。 考慮轉(zhuǎn)子－絲杠系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)建立了其伺服

4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)了IIR陷波濾波器對(duì)其前兩階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了補(bǔ)償，分析了扭轉(zhuǎn)模態(tài)變化對(duì)陷波濾波控制的影響。為了使陷波濾波器能適應(yīng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)的變化，提出了基于增益調(diào)度和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)陷波濾波控制方法，實(shí)例分析證明了這兩種方法的有效性。 基于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，分析了其物理約束條件，并針對(duì)NURBS曲線插補(bǔ)和小線段插補(bǔ)的幾何與運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，建立了運(yùn)動(dòng)指令的混合約束條件?；诨旌霞s束條件，實(shí)現(xiàn)了插補(bǔ)過程的前

5、瞻控制與自律規(guī)劃。在華中世紀(jì)星HNC-22MF型數(shù)控系統(tǒng)上對(duì)所提出的插補(bǔ)算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了所提出方法的有效性。 以重心驅(qū)動(dòng)平臺(tái)為例建立了數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電聯(lián)合仿真模型，改進(jìn)了一種進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的評(píng)價(jià)方法，在此基礎(chǔ)上提出了一種兩階段的伺服參數(shù)調(diào)整方法。實(shí)例研究表明，利用該方法可有效地減少在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的調(diào)整過程。對(duì)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式與重心驅(qū)動(dòng)方式的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了仿真對(duì)比研究，結(jié)果表明，采用重心驅(qū)動(dòng)方式能夠?qū)崿F(xiàn)更高的位置環(huán)