PCB钻机共振抑制研究与实现

发布时间：2017-04-09 05:22

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【摘要】：我国从20世纪90年代开始研制和生产PCB数控钻机,当前,国产数控钻机在中档设备市场位于主导地位,占据了整个国内钻机市场的半壁江山,低价、高性价比成为国内设备厂商的市场制胜法宝。虽然国内厂商在中低档PCB数控钻床收获颇丰,在产品功能、性能等方面也取得了长足进步,但在最能体现技术实力的微小孔径加工能力依然和国际先进技术水平存在差距,主要体现在加工精度、速度和自动化程度等方面。PCB钻机机械手的振动问题正是制约缩小差距的关键点之一。如何合理有效的解决该问题早已成为该行业的重点,解决该问题,不仅能提高该生产设备的精度,避免某些不必要的生产问题,从侧面也能提高我国在PCB钻机的整个的行业地位,加速整个行业的良性循环和竞争机制,推动整个行业的飞速发展,提高整个行业在国际中的地位,改善我国数控装备行业的竞争力。PCB数控钻机以数控技术为基础,主要包括控制系统、伺服系统和位置测量系统三个部分。其中由于整个系统机械部分刚性不好、位置环与速度环增益不匹配、机械共振、插补周期等等都会造成整个系统产生共振频率。当前,由于实际应用需求的提高,使得整个系统的工作带宽不断的提高,这样会使得原本处于带宽外的共振点接近甚至进入系统工作带宽,进而也会造成系统共振。基于以上论述,本课题针对PCB高速钻机的共振现象,进行了共振抑制的应用研究,设计完成了共振抑制方案,并通过上机实验进行了验证,论文主要完成了以下工作：一、阐述本课题的来源、背景以及研究内容,比较分析现有国内外共振抑制的研究现状和发展的趋势,确立对PCB钻机共振抑制应用的研究意义。二、 简述PCB钻机数控系统的整机结构、主要技术参数,介绍主要模块的组成部分及其工作原理,并对该系统运动控制部分做详细介绍。三、 从PCB钻机数控系统的机械、电气、运动控制等方面着重分析系统共振的原因。四、 分析伺服系统频率特性测试的基本原理,并提出对比了几种常见的频率特性测试的方法。五、 介绍用于PCB钻机共振抑制时的陷波滤波器的设计方法和原理,设计数字化滤波器,研究滤波器的共振抑制的效果。六、 通过PCB钻机上机实验,验证PCB钻机数控系统共振抑制的效果,对论文工作进行总结。
【关键词】：PCB钻机 数控系统 伺服系统 机械共振 共振抑制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 本课题研究的意义和目的13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 基于改善机械结构实现共振抑制14
• 1.2.2 基于PID控制实现共振抑制14-15
• 1.2.3 基于使用观测器实现共振抑制15
• 1.2.4 基于使用数字滤波器实现共振抑制15-16
• 1.3 论文的研究内容及结构安排16-18
• 1.3.1 课题来源及研究内容16-17
• 1.3.2 论文结构安排17-18
• 第二章 PCB钻机数控系统研究18-24
• 2.1 PCB钻机数控系统结构图及其特点18-19
• 2.1.1 PCB钻机数控系统结构图18
• 2.1.2 PCB钻机数控系统主要特点18-19
• 2.2 PCB钻机数控系统结构分析19-22
• 2.2.1 传动系统19-20
• 2.2.2 数控系统20-21
• 2.2.3 气动系统21
• 2.2.4 冷却系统21-22
• 2.3 PCB钻机数控系统运动控制分析22-23
• 2.3.1 PCB钻机数控系统控制结构22
• 2.3.2 PCB钻机数控系统运动控制器22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 PCB钻机共振原因分析24-28
• 3.1 引言24
• 3.2 PCB钻机共振原因分析24-27
• 3.2.1 机械结构引起的共振24-25
• 3.2.2 电气元件故障引起共振25-26
• 3.2.3 系统参数设置不当和加工程序问题26
• 3.2.4 机床共振与系统振荡26-27
• 3.3 本章小结27-28
• 第四章 伺服系统频率特性测试方法研究28-41
• 4.1 伺服系统频率特性测试原理28-29
• 4.2 伺服系统频率特性激励信号选择研究29-35
• 4.2.1 随机信号的单步法研究与实现29-31
• 4.2.2 正弦波组合方法的研究与实现31-33
• 4.2.3 Chirp信号的激励法研究与实现33-34
• 4.2.4 多谐差相(SPHS)信号的激励法研究与实现34-35
• 4.3 伺服系统频率特性算法研究35-40
• 4.3.1 最小二乘算法36-37
• 4.3.2 相关分析法37-39
• 4.3.3 FFT39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 数字陷波器的研究与设计41-54
• 5.1 数字陷波器的原理41-42
• 5.2 利用Z变化和零极点设计数字陷波器42-45
• 5.3 利用S平面和传递函数设计数字陷波器45-53
• 5.3.1 参数设计45-46
• 5.3.2 设计模拟滤波器46
• 5.3.3 模拟滤波器的离散算法46-50
• 5.3.4 数字陷波器设计50-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 PCB钻机数控系统共振抑制设计与验证54-64
• 6.1 PCB钻机共振抑制设计54-58
• 6.1.1 实验平台搭建54-55
• 6.1.2 实验软件设计55-58
• 6.2 PCB钻机共振抑制实验结果分析58-63
• 6.2.1 PCB钻机共振现象58-60
• 6.2.2 PCB钻机抑制实验60-63
• 6.3 本章小结63-64
• 总结64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间参加的科研项目69-71
• 致谢71

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