复合式镗铣加工中心电气控制系统的设计与实现

发布时间：2017-05-17 15:12

  本文关键词：复合式镗铣加工中心电气控制系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高档数控机床的机电一体化联合仿真技术及控制参数优化是我国精密、高精密加工技术发展中急切需求的核心技术之一。机电一体化系统性能的质量决定了机械加工设备的工作能力与加工精度等性能指标。机电一体化由控制子系统,机械子系统,液压气压驱动系统等不同部分组成。目前,在实际生产开发机电一体化产品过程中,对系统整体进行联合仿真分析时,现在实用的CAM软件里难以找到一款合适的分析软件,能与专业三维CAD软件(如solidworks等)实现无缝连接。这样相当于传统的设计研发方式是对控制系统和机械系统进行相互独立的分析及调试,在导入模型之前,传统的CAM软件需要对模型进行大量的删减、修补、重定义材料属性、接触方式等简化处理,这样不仅设计周期长,而且设计精度也不能保证,更不能考虑机械系统与控制系统相互干扰。本文针对上述高档数控机床存在的问题,利用Matlab中的SimMechanics模块,以我校自行设计开发的镗铣加工中心立铣系统为分析研究对象,分别对其进行动力学分析、运动学分析、机电一体化联合建模仿真、分析及仿真,并对镗铣加工中进行数学建模仿真,验证之前SimMechanics软件的仿真结果。结果显示SimMechanics软件功能强大,在建模仿真之前不必对模型进行大量修改,真正实现了无缝连接,提高了仿真的精度,缩短了生产周期,减轻了工作强度,并与实际相符。在仿真过程中,调节控制系统的各项参数,即可获得机床相应的运动,为后续的运动控制、动态性能分析以及优化提供基础理论依据。通过Matlab和SolidWorks软件联合实现的机电一体化联合仿真分析,是国内外在机电联合系统分析领域的一项技术创新,也是今后机电一体化联合分析仿真技术发展的趋势。在实际生产加工过程中,工件对机电系统产生的作用力容易引起其震荡,导致系统不稳定;调节该震荡对系统造成的不良影响是本文解决的另一个重要的问题。单独的传统PID控制仅仅是一种简单的线性控制系统,在非线性控制中控制效果明显不足,而且局限性甚大,随动性差,因此实际加工过程中往往不能取得很好的加工效果。本文运用CMAC-PID并行控制镗铣加工中心,深入了解CMAC算法核心思想,将其与传统PID控制相结合,新的算法既具有CMAC学习能力强、适应速度快的优点,又具有传统PID控制的稳定性好等诸多优点。根据仿真实验结果,CMAC-PID并行控制效果相比于传统PID单独控制提高了系统的鲁棒性与稳定性。综上所述,本文通过对镗铣加工中心立铣系统机电一体化仿真关键技术进行研究,可以实现同时调节机械系统和控制系统,直观的显示各个子系统对加工中心性能整体的影响,有效地解决了建模仿真过程中不准确,开发时间长的缺点,在此模型的基础上加入先进PID控制,使其更好的减弱了工件对机电系统产生的作用力引起的震荡对系统的影响。完善而准确的解决了发现的问题。
【关键词】：镗铣加工中心立铣系统 数学建模 机电一体化建模 机电联合仿真 CMAC与PID并行控制策略
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 前言14
• 1.2 课题研究的目的和意义14-16
• 1.3 国内外研究现状16-17
• 1.4 TX-1600G复合式镗铣加工中心简介17-19
• 1.5 课题的主要研究内容19-21
• 1.6 本章小结21-22
• 第2章 数控功能部件电气系统设计22-34
• 2.1 数控等分转台电控系统设计22-27
• 2.1.1 基于PLC的数控转台电控系统组成23-24
• 2.1.2 基于PLC的数控转台电控工作原理24
• 2.1.3 系统硬件设计24
• 2.1.4 系统软件设计24-26
• 2.1.5 现场调试26-27
• 2.2 圆盘式刀库电控系统设计27-32
• 2.2.1 圆盘式刀库电控系统设计27-28
• 2.2.2 圆盘式刀库电控系统组成28
• 2.2.3 圆盘式刀库电控系统工作原理28-29
• 2.2.4 刀库选刀工作流程29
• 2.2.5 气动系统原理介绍29
• 2.2.6 系统硬件组成29-30
• 2.2.7 系统软件设计30
• 2.2.8 程序实现30-31
• 2.2.9 现场调试31-32
• 2.3 本章小结32-34
• 第3章 基于SolidWorks和Matlab的铣削系统机电一体化联合仿真34-52
• 3.1 前言34-40
• 3.1.1 基于接口技术的机电一体化仿真设计环境布局36-37
• 3.1.2 软件工具介绍37-38
• 3.1.3 基于接口技术的机电联合仿真技术38
• 3.1.4 机电联合仿真原理38-40
• 3.2 基于Solid Works和Matlab的铣削系统机电一体化建模40-47
• 3.2.1 模型的前期处理40
• 3.2.2 simmechanics中常用的模块40-42
• 3.2.3 搭建Solidworks与Matlab机电联合仿真平台42-45
• 3.2.4 搭建Solidworks与Matlab机电联合仿真修正45-47
• 3.3 基于Solid Works和Matlab的铣削系统机电一体化运动学仿真47-49
• 3.3.1 基于SimMechanism与Simulink的仿真输入47-48
• 3.3.2 基于SimMechanism与Simulink的仿真结果48-49
• 3.4 基于Solid Works和Matlab的铣削系统机电一体化动力学仿真49-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 基于simulink的铣削系统数学建模仿真52-60
• 4.1 基于simulink的铣削系统数学建模53-57
• 4.1.1 基于simulink的铣削系统基础数学建模54-56
• 4.1.2 基于simulink的铣削系统数学建模修正56-57
• 4.2 基于simulink的铣削系统数学仿真57-58
• 4.3 数学仿真与物理仿真结果对比验证58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 基于CMAC和PID并行控制的铣削系统机电特性研究60-69
• 5.1 CMAC小脑模型的研究60-62
• 5.1.1CMAC的基本原理61-62
• 5.2 传统PID控制算法建模与仿真62-64
• 5.3.1 模型的前期处理62-63
• 5.3.2 PID仿真模型建立63-64
• 5.3.3 PID仿真结果64
• 5.3 CMAC和PID联合控制算法介绍64-65
• 5.4 CMAC和PID联合控制算法建模与仿真65-67
• 5.5 CMAC和PID联合控制算法在实际中的应用67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果76-77
• 致谢77-78

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