大型薄壁构件镜像加工装备运动控制技术研究

发布时间：2020-09-10 07:40

　　 随着我国航空航天技术不断发展,对运载火箭的续航能力要求提高。整体型薄壁结构件因为其重量轻、可减少装配时长、提高装配质量,被广泛应用于重载火箭发动机喷管、推进剂共底构件和燃油贮箱筒壁的制造中。此类结构件通常几何尺寸大、刚度低,加工时材料去除比高、加工周期长。相比于化学铣削和靠模铣削,镜像铣削由于具有通用性好、效率高、无污染等优点,将逐步成为整体型薄壁结构件的首选加工方式。本文根据薄壁构件镜像加工系统的特点设计并实现电气控制系统、开发辅助服务程序,并针对镜像加工系统的关键控制问题进行了研究。首先,根据不同控制设备对电磁兼容的要求,组建了镜像加工装备的控制系统,并对伺服驱动器和变频器等设备进行了调试。在分析控制系统核心硬件即运动控制器工作原理的基础上,模块化地设计并开发了系统辅助服务程序,使得系统能够安全稳定地运行。其次,为保证加工精度,从提高串联轴轮廓控制精度和镜像轴同步控制精度两方面开展运动控制技术研究:针对串联轴轮廓控制问题,以传统轮廓误差估计模型为例,分析了使轮廓误差估计有效的条件,提出了一种提高误差估计精度的邻域空间比较策略;基于传统误差估计模型,提出了改进的误差估计算法,并利用X-Y滑台进行验证,证明了改进方法的有效性。与现有的轮廓误差估计方法进行比较,通过数据对比分析,证明提出的邻域空间比较策略具有易实现、通用性好的优点。针对镜像轴同步控制问题,将同步控制器的设计分为两部分,即单轴跟踪控制器设计和轴间同步控制结构设计。其中单轴跟踪控制器采用终端滑模与自适应模糊相结合的控制算法,并证明了该算法满足李雅普诺夫稳定性原理。在此基础上,利用Matlab/Simulink仿真平台,与经典PID单轴控制器的性能对比,证明了所设计控制器具有良好的跟踪能力;同步控制采用交叉耦合控制结构,基于交叉耦合的终端滑模-自适应模糊同步控制系统,明显地提高了两轴间的同步精度。最后,以大型薄壁构件镜像加工装备为实验平台,基于加工平台所使用的上位机开发环境编写了运动控制算法。设计了单侧串联轴臂的轮廓控制和镜像轴臂的同步控制实验。通过对两项实验数据指标的分析,证明了本文提出的运动控制策略能够为装备达到最终的加工要求提供保障。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V46

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本文编号：2815558