基于音圈电机的快刀伺服系统的建模与控制性能研究

发布时间：2023-05-11 03:37

　　近年来随着光电子行业的快速发展,光学自由曲面的应用变得更加广泛。而自由曲面实现精密高效加工是非常困难的,传统的加工方式加工成本过高。基于快刀伺服的金刚石车削技术加工精度高、表面粗糙度好且加工效率高,能够很好地进行自由曲面精密加工。但是对于高低差达到毫米量级的光学自由曲面,十分必要研发一种兼具大行程、高频响和高精度的快刀伺服系统用于光学自由曲面的精密加工。因此,本课题基于正在研发的渐进多焦点光学镜片加工机床,针对基于音圈电机驱动的快刀伺服机构,开展了快刀伺服控制系统的研究。旨在探究控制系统对快刀伺服机构的精度特性、跟踪性能、响应频率等的影响和控制规律。快刀伺服的结构是控制系统研究的基础,因此首先开展了对快刀伺服的工作原理和结构特性的研究,包括加工原理和切削力特性分析、滑台结构设计和静力特性分析、气浮轴承压力分布和承载力计算及结构模态分析。同时控制系统的性能取决于快刀伺服系统的特性,因此分析了快刀加工的技术指标和速度加速度和带宽等重要的性能参数,对快刀伺服控制系统的研究提出了技术指标要求。为了使快刀伺服控制系统满足性能指标要求从而实现快刀伺服的精密加工,利用仿真环境开展了快刀伺服控制系统和...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状分析
        1.2.1 快刀伺服装置的研究现状
        1.2.2 快刀伺服的控制方法研究现状
    1.3 本课题主要研究内容
第2章 快刀伺服系统的结构与性能参数分析
    2.1 引言
    2.2 快刀伺服加工原理及切削力分析
        2.2.1 快刀伺服加工原理
        2.2.2 快刀加工切削力分析
    2.3 快刀滑台结构设计
        2.3.1 滑台结构设计与分析
        2.3.2 滑台静力特性分析
    2.4 快刀动子特性分析
        2.4.1 有限单元法分析轴承承载力
        2.4.2 气浮轴承承载力及刚度计算
        2.4.3 快刀动子模态分析
    2.5 伺服系统性能指标分析
        2.5.1 速度和加速度参数分析
        2.5.2 系统带宽分析
        2.5.3 快刀伺服控制系统技术指标
    2.6 本章小结
第3章 快刀伺服控制系统的仿真建模分析
    3.1 引言
    3.2 快刀伺服控制系统构成
    3.3 快刀伺服机构的数学模型
        3.3.1 快刀结构的动力学模型
        3.3.2 音圈电机的工作原理及电学模型
        3.3.3 快刀伺服的数学模型建立
    3.4 PMAC控制器及驱动器的控制算法分析
        3.4.1 PMAC控制器的算法分析
        3.4.2 驱动器的电流环控制分析
    3.5 快刀伺服控制系统的仿真模型
        3.5.1 快刀伺服控制系统的仿真建模
        3.5.2 系统仿真模型的实验验证
    3.6 本章小结
第4章 快刀伺服控制系统的参数整定与性能分析
    4.1 引言
    4.2 BP神经网络整定控制参数方法研究
        4.2.1 BP神经网络整定原理
        4.2.2 BP神经网络整定控制参数
    4.3 H-J模式搜索法整定控制参数方法研究
        4.3.1 H-J模式搜索法原理分析
        4.3.2 H-J模式搜索法整定控制参数
    4.4 参数整定结果仿真性能分析
        4.4.1 系统时域特性分析
        4.4.2 系统频域特性分析
        4.4.3 系统正弦跟踪性能分析
    4.5 快刀伺服控制系统性能分析
        4.5.1 快刀伺服对面形影响分析
        4.5.2 快刀伺服加工参数选择分析
    4.6 本章小结
第5章 快刀伺服系统的性能测试与实验
    5.1 引言
    5.2 实验测试装置
    5.3 参数整定实验验证
    5.4 加工参数设置与实验验证
    5.5 快刀伺服控制系统性能测试
        5.5.1 定位精度和重复定位精度测试
        5.5.2 稳定性测试
        5.5.3 系统运动分辨率测试
        5.5.4 快刀跟踪精度测试
    5.6 初步加工实验
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢



本文编号：3814079