数控机床进给系统惯量匹配及动态特性研究
发布时间：2022-07-01 10:22
数控机床伺服进给系统作为机床核心部件,其性能直接决定了数控机床的加工精度,而伺服进给系统惯量比及负载惯量的变化对系统控制性能及机械结构固有频率等方面具有重要影响。论文以MCH63卧式加工中心各伺服进给系统为研究对象,研究主要内容包括:负载惯量对伺服进给系统控制性能的影响,负载惯量对伺服进给系统轮廓误差和双驱同步误差的影响,负载对进给系统动力学特性的影响,转动惯量辨识及控制参数整定等四个方面。首先分析了MCH63伺服进给系统各模块组成结构、控制方式以及运动特点,建立其数学模型,利用SERVO GUIDE软件分别测量得到进给系统两轴运动摩擦模型。在simulink中建立仿真控制模型,根据惯量匹配问题研究分析了不同惯量比下系统动态响应特性、抗干扰特性以及轮廓误差的变化规律,给出合适惯量比。其次基于双驱进给系统的机械结构特点,采用理论分析与仿真相结合的方式,分析了双驱进给系统同步误差的重要来源,并分析了不同负载惯量下进给系统同步误差的变化规律,通过测量不同负载惯量下Z轴进给系统同步误差,验证仿真结果的正确性。基于递推最小二乘法的理论方法,在算法中引入遗忘因子来提高其修正能力对系统转动惯量进行辨...
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 课题来源
1.3 国内外研究概况
1.3.1 伺服进给系统惯量匹配研究现状
1.3.2 进给系统同步误差研究现状
1.3.3 惯量识别研究现状
1.3.4 进给系统振动模态特性研究现状
1.4 论文主要研究内容
2 全闭环交流伺服进给系统模型的建立
2.1 建立闭环伺服进给系统模型
2.1.1 伺服系统结构组成
2.1.2 建立电机模型
2.1.3 建立机床进给系统机械模型
2.2 建立摩擦模型
2.2.1 摩擦模型类型
2.2.2 摩擦力测量实验
2.3 机械系统模型参数的确定
2.3.1 机床进给系统等效扭转刚度计算
2.3.2 机床进给系统等效转动惯量计算
2.4 本章小结
3 伺服进给系统惯量匹配分析
3.1 负载惯量对伺服系统控制性能的影响
3.1.1 负载惯量对伺服系统单位阶跃响应性能的影响
3.1.2 负载惯量与伺服系统控制增益上限的关系
3.1.3 负载惯量与系统跟随误差的关系
3.1.4 负载惯量与系统闭环频率特性的关系
3.1.5 负载惯量与系统抗干扰刚度的关系
3.2 负载惯量对系统轮廓误差的影响
3.2.1 负载惯量对系统直线轮廓误差的影响
3.2.2 负载惯量对系统圆弧轮廓误差的影响
3.3 负载惯量对双驱系统同步误差的影响
3.3.1 双驱系统同步误差的理论分析
3.3.2 不同负载惯量下双驱系统同步误差的仿真分析
3.3.3 实验验证
3.4 本章小结
4 转动惯量辨识及速度环控制参数整定
4.1 引言
4.2 转动惯量辨识方法及其选择
4.2.1 离线式惯量辨识
4.2.2 在线式转动惯量辨识
4.2.3 转动惯量辨识方法的确定
4.2.3.1 递推最小二乘法原理
4.2.3.2 基于递推最小二乘法的系统转动惯量辨识
4.3 基于递推最小二乘法的转动惯量辨识仿真
4.4 速度环控制参数自整定
4.4.1 速度环控制参数分析计算
4.4.2 速度环PI参数自整定仿真
4.5 本章小结
5 负载对进给系统机械结构固有频率的影响
5.1 机床进给系统动力学分析计算
5.1.1 建立进给系统动力学模型
5.1.2 模态参数求解
5.2 进给系统模态实验
5.2.1 激振方法的选择
5.2.2 实验装置的选择及平台搭建
5.2.3 实验方案
5.2.4 设定激振点和响应点
5.2.5 设置测量参数
5.3 模态实验结果分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]多因素对双驱进给系统不同步误差影响[J]. 段明德,臧海超,代京,张壮雅,王合增. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[2]基于模态分析理论的结合部动刚度辨识[J]. 董冠华,殷勤,刘蕴,殷国富. 振动与冲击. 2017(20)
[3]基于递推最小二乘法惯量辨识的伺服控制算法[J]. 张静. 上海电气技术. 2017(03)
[4]双驱动进给系统动态建模及变化规律研究[J]. 黄俊,袁军堂,汪振华. 振动与冲击. 2017(18)
[5]重型数控机床伺服驱动中的惯量匹配分析[J]. 张彦方,周林,桑伟进,彭芳瑜,闫蓉. 组合机床与自动化加工技术. 2017(05)
[6]新型龙门式混联机床主体机构的动态特性分析[J]. 马春生,李俊帅,李瑞琴,胡洋. 组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[7]基于H∞-交叉耦合算法的双驱同步控制[J]. 陈海森,张德新,王继河,邵晓巍,陈国忠. 浙江大学学报(工学版). 2017(01)
[8]基于干扰观测器的龙门机床双驱系统的同步控制[J]. 李萍,朱国力,龚时华,岳岚. 中国机械工程. 2016(19)
[9]基于递推最小二乘法的永磁伺服系统参数辨识[J]. 荀倩,王培良,李祖欣,蔡志端,秦海鸿. 电工技术学报. 2016(17)
[10]伺服增益不匹配的双轴同步误差补偿策略[J]. 陈琳,程正波,黄炳琼,潘海鸿. 中国机械工程. 2016(11)
博士论文
[1]滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D]. 许向荣.山东大学 2011
[2]机床进给系统的动力学分析[D]. 张会端.吉林大学 2009
硕士论文
[1]重型机床进给伺服系统性能分析与电机选型[D]. 桑伟进.华中科技大学 2016
[2]E-305S立式木工铣床的动力学分析、试验及优化[D]. 朱薇.南京理工大学 2016
[3]重型机床惯量匹配研究与电机选型软件开发[D]. 杨森.华中科技大学 2015
[4]基于结合面模型的机床整机动力学性能分析与试验研究[D]. 牛卫朋.南京理工大学 2015
[5]铣车复合加工中心双驱进给系统动力学分析与仿真[D]. 唐余林.兰州理工大学 2014
[6]数控系统测试平台设计与双驱同步控制技术研究[D]. 庄嘉兴.天津大学 2012
[7]铣车复合加工中心双驱进给系统静动态特性分析[D]. 郭崇嵩.兰州理工大学 2012
[8]永磁同步电机转动惯量辨识的研究[D]. 梁骄雁.南京航空航天大学 2011
[9]数控机床交流伺服系统动态性能分析与参数整定技术研究[D]. 赵刚.天津大学 2010
[10]基于遗传算法的摩擦模型参数辨识研究[D]. 刘红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：3654062
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 课题来源
1.3 国内外研究概况
1.3.1 伺服进给系统惯量匹配研究现状
1.3.2 进给系统同步误差研究现状
1.3.3 惯量识别研究现状
1.3.4 进给系统振动模态特性研究现状
1.4 论文主要研究内容
2 全闭环交流伺服进给系统模型的建立
2.1 建立闭环伺服进给系统模型
2.1.1 伺服系统结构组成
2.1.2 建立电机模型
2.1.3 建立机床进给系统机械模型
2.2 建立摩擦模型
2.2.1 摩擦模型类型
2.2.2 摩擦力测量实验
2.3 机械系统模型参数的确定
2.3.1 机床进给系统等效扭转刚度计算
2.3.2 机床进给系统等效转动惯量计算
2.4 本章小结
3 伺服进给系统惯量匹配分析
3.1 负载惯量对伺服系统控制性能的影响
3.1.1 负载惯量对伺服系统单位阶跃响应性能的影响
3.1.2 负载惯量与伺服系统控制增益上限的关系
3.1.3 负载惯量与系统跟随误差的关系
3.1.4 负载惯量与系统闭环频率特性的关系
3.1.5 负载惯量与系统抗干扰刚度的关系
3.2 负载惯量对系统轮廓误差的影响
3.2.1 负载惯量对系统直线轮廓误差的影响
3.2.2 负载惯量对系统圆弧轮廓误差的影响
3.3 负载惯量对双驱系统同步误差的影响
3.3.1 双驱系统同步误差的理论分析
3.3.2 不同负载惯量下双驱系统同步误差的仿真分析
3.3.3 实验验证
3.4 本章小结
4 转动惯量辨识及速度环控制参数整定
4.1 引言
4.2 转动惯量辨识方法及其选择
4.2.1 离线式惯量辨识
4.2.2 在线式转动惯量辨识
4.2.3 转动惯量辨识方法的确定
4.2.3.1 递推最小二乘法原理
4.2.3.2 基于递推最小二乘法的系统转动惯量辨识
4.3 基于递推最小二乘法的转动惯量辨识仿真
4.4 速度环控制参数自整定
4.4.1 速度环控制参数分析计算
4.4.2 速度环PI参数自整定仿真
4.5 本章小结
5 负载对进给系统机械结构固有频率的影响
5.1 机床进给系统动力学分析计算
5.1.1 建立进给系统动力学模型
5.1.2 模态参数求解
5.2 进给系统模态实验
5.2.1 激振方法的选择
5.2.2 实验装置的选择及平台搭建
5.2.3 实验方案
5.2.4 设定激振点和响应点
5.2.5 设置测量参数
5.3 模态实验结果分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]多因素对双驱进给系统不同步误差影响[J]. 段明德,臧海超,代京,张壮雅,王合增. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[2]基于模态分析理论的结合部动刚度辨识[J]. 董冠华,殷勤,刘蕴,殷国富. 振动与冲击. 2017(20)
[3]基于递推最小二乘法惯量辨识的伺服控制算法[J]. 张静. 上海电气技术. 2017(03)
[4]双驱动进给系统动态建模及变化规律研究[J]. 黄俊,袁军堂,汪振华. 振动与冲击. 2017(18)
[5]重型数控机床伺服驱动中的惯量匹配分析[J]. 张彦方,周林,桑伟进,彭芳瑜,闫蓉. 组合机床与自动化加工技术. 2017(05)
[6]新型龙门式混联机床主体机构的动态特性分析[J]. 马春生,李俊帅,李瑞琴,胡洋. 组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[7]基于H∞-交叉耦合算法的双驱同步控制[J]. 陈海森,张德新,王继河,邵晓巍,陈国忠. 浙江大学学报(工学版). 2017(01)
[8]基于干扰观测器的龙门机床双驱系统的同步控制[J]. 李萍,朱国力,龚时华,岳岚. 中国机械工程. 2016(19)
[9]基于递推最小二乘法的永磁伺服系统参数辨识[J]. 荀倩,王培良,李祖欣,蔡志端,秦海鸿. 电工技术学报. 2016(17)
[10]伺服增益不匹配的双轴同步误差补偿策略[J]. 陈琳,程正波,黄炳琼,潘海鸿. 中国机械工程. 2016(11)
博士论文
[1]滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D]. 许向荣.山东大学 2011
[2]机床进给系统的动力学分析[D]. 张会端.吉林大学 2009
硕士论文
[1]重型机床进给伺服系统性能分析与电机选型[D]. 桑伟进.华中科技大学 2016
[2]E-305S立式木工铣床的动力学分析、试验及优化[D]. 朱薇.南京理工大学 2016
[3]重型机床惯量匹配研究与电机选型软件开发[D]. 杨森.华中科技大学 2015
[4]基于结合面模型的机床整机动力学性能分析与试验研究[D]. 牛卫朋.南京理工大学 2015
[5]铣车复合加工中心双驱进给系统动力学分析与仿真[D]. 唐余林.兰州理工大学 2014
[6]数控系统测试平台设计与双驱同步控制技术研究[D]. 庄嘉兴.天津大学 2012
[7]铣车复合加工中心双驱进给系统静动态特性分析[D]. 郭崇嵩.兰州理工大学 2012
[8]永磁同步电机转动惯量辨识的研究[D]. 梁骄雁.南京航空航天大学 2011
[9]数控机床交流伺服系统动态性能分析与参数整定技术研究[D]. 赵刚.天津大学 2010
[10]基于遗传算法的摩擦模型参数辨识研究[D]. 刘红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：3654062
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3654062.html
