基于模态综合法与动态凝聚的滚珠丝杠进给系统状态空间建模与实验验证

发布时间：2018-11-23 09:18

【摘要】：以往研究中为便于机械传动环节与控制系统的集成建模,常将滚珠丝杠进给系统简化为简单机械模型,其在动态性能精确求解等方面存在不足。针对这一问题,充分考虑滚珠丝杠进给系统的结构柔性以及丝杠螺母副的耦合特性,构建滚珠丝杠进给系统多柔体动力学模型;在此基础上,综合模态综合法和动态凝聚法,对进给系统有效简化动力学信息准确提取,加快模型降阶收敛和凝聚自由度响应求解速度,推导得到滚珠丝杠进给系统的状态空间缩聚模型。基于内置传感器信号的动态性能试验测试,对模型的正确性进行验证,其一阶固有频率计算误差为5.54%,实验和仿真计算得到的输入扭矩与输出转速间的频响曲线在一阶频率处极点坐标分别为32.83 d B和35.16 d B。该研究为实现滚珠丝杠进给系统与伺服控制系统的高效高精度集成建模提供了重要的理论基础和方法指导。
[Abstract]:In order to facilitate the integrated modeling of mechanical transmission link and control system, the ball screw feed system is often simplified as a simple mechanical model in the past research, and its dynamic performance is solved accurately. In order to solve this problem, the flexible structure of the ball screw feed system and the coupling characteristics of the screw nut pair are fully considered, and the multi-flexible dynamic model of the ball screw feed system is constructed. On this basis, the dynamic information extraction of the feed system is simplified by combining the modal synthesis method and the dynamic condensation method, and the speed of model reduction convergence and the response of the condensed degree of freedom is accelerated. The state space Polycondensation model of ball screw feed system is derived. Based on the dynamic performance test of the built-in sensor signal, the correctness of the model is verified. The calculation error of the first order natural frequency is 5.54. The frequency response curves between input torque and output speed obtained by experiment and simulation are 32.83 dB and 35.16 dB at the first order frequency, respectively. The research provides an important theoretical basis and method guidance for the integrated modeling of ball screw feed system and servo control system with high efficiency and high precision.
【作者单位】： 江苏科技大学机械工程学院;同济大学机械与能源工程学院;南京邮电大学自动化学院;
【基金】：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项(2011ZX04016-021) 国家科技支撑计划课题(2015BAF06B02-4) 江苏省高校自然科学研究面上资助项目(16KJB460017)
【分类号】：TG502.3

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2351045