高频响音圈电机驱动FTS的模糊神经网络重复控制

发布时间：2020-06-21 23:34

【摘要】：光学自由曲面、微结构功能表面零件等超精密零件因其优越的光学性能和特殊的物理特性被广泛的应用于军事、医学甚至民用等领域,而基于快速刀具伺服系统(Fast Tool Servo,FTS)的金刚石车削技术可以只经过一次性加工操作后便高效车削出高精度高质量的曲面,效率高且成本低,受到广泛的关注。超精密零件的加工要求FTS对高频周期性信号实现准确的跟踪控制,基于此,本论文选择音圈直线电机(Voice Coil Linear Actuator,VCLA)作为FTS的执行机构并进行相应的控制策略研究。具体研究内容如下:首先,收集并查阅了大量相关文献,掌握了国内外FTS的主要驱动方式以及相关控制策略的最新进展和研究动向。在此基础上,建立了用于驱动FTS的音圈直线电机的数学模型。其次,对VCLA驱动的高频响伺服刀架进行校正控制的研究,分别设计了鲁棒内模控制(Internal Model Control,IMC)控制器、传统的PID和超前滞后控制器,通过仿真对比分析,设计的IMC控制器使得伺服刀架系统具有良好的动静态性能、鲁棒稳定性,足够的带宽、相位裕度和更快的响应速度。在此基础之上,针对超精密零件加工时要求FTS系统对高频周期性信号实现准确的跟踪控制,结合重复控制可以实现对任意周期的外部参考输入/扰动信号的准确跟踪/抑制特性,提出了一种改进的重复控制策略,在理论分析的基础上,设计相应的控制系统并通过Matlab进行仿真分析,验证了控制策略的有效性。最后,针对FTS在切削过程中高频周期性输入信号改变时,即在高频变周期输入信号下,重复控制器中低通滤波器的截止频率固定将限制其控制效果,无法实现对轨迹的精确跟踪控制。针对这一问题提出采用具有自学习能力的模糊神经网络控制器自适应调整滤波器的截止频率,从而提高重复控制器的控制性能。在理论分析的基础上,设计相应的控制系统并通过Matlab进行仿真分析,验证了控制策略的有效性。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM359.4
【图文】：

自由曲面,器件

图 1.1 自由曲面器件Fig. 1.1 Free-form surface device面等超精密零件的加工，要求曲面的表面质量需曲面越复杂，对加工技术的要求越严苛，且高效素，因此超精密加工技术的发展备受关注，由此5]，例如抛光技术、飞切加工、靠模仿形、慢速]。削技术可以只经过一次性加工操作后便高效车本低，受到广泛的关注，如图 1.2 所示。其高频，同时，其输出的大推力可以使刀具获得很大的结构更为复杂的曲面；高刚度保证了其车削过程得快速的发展，被认为是最有发展前景的超精密的提升，各个领域高速发展的需求推动，对超精

超精密加工技术

a）金刚石精密车削数控机床 b）快速刀具伺服技术图 1.2 超精密加工技术Fig. 1.2 Ultra-precision machining technology1.2 FTS 加工技术的国内外研究现状FTS 由美国 Lawrence Livemore 国家实验室于 1980 年率先研制成功并命名，帕特森等人研制了基于压电陶瓷驱动的新型微进给系统，实现了精密车削加工[9]。随后，国内外各科研机构对 FTS 相继展开了相关研究工作，对快刀伺服系统的驱动方式，系统结构的设计以及相关控制策略的研究等方面进行了深入拓展性的研究，不断提升快刀伺服系统的各性能指标以及拓展其应用范围，推动了 FTS 超精密金刚石车削技术的快速发展。1.2.1 FTS 装置的发展现状经多年的发展，现根据 FTS 系统的核心部件驱动器的不同以及频响和行程的性能

【参考文献】