滚珠丝杠进给系统的轨迹跟踪控制方法研究

发布时间：2024-04-12 03:01

　　数控机床进给系统的轨迹跟踪性能影响了零件加工的表面质量,本文围绕如何减小滚珠丝杠驱动系统的跟踪误差这一关键问题,首先分别建立了滚珠丝杠进给系统的刚体和柔性体的一阶轴向振动模型、辨识了主要的系统外在干扰,然后根据相应的控制理论设计几种控制器并进行优化改进,通过仿真分析和实验验证控制器的跟踪性能。本文的具体研究内容及创新如下:1.简要阐述了滚珠丝杠进给系统的结构组成,并分别建立了刚体和二自由度柔性体的动力学模型,针对系统的谐波力矩干扰和摩擦力矩,通过频谱分析拟合谐波力矩干扰曲线,基于LuGre模型进行摩擦特性的参数辨识,实验结果表明摩擦及谐波干扰的前馈补偿能够显著提高跟踪精度。2.采用四种广义PID作为控制器,首先利用传统PID和分数阶PID实现单回路控制,采用主导极点法结合差分进化优化算法确定分数阶PID的参数。然后分别从理论上分析了两种形式的PI级联双回路控制下的稳态误差大小,通过仿真和实验比较以上四种广义PID控制方法的跟踪性能。3.针对滚珠丝杠系统的外在干扰及内在参数不确定性,利用模糊逻辑自适应估计干扰,采用模糊自适应滑模控制,分别针对刚体模型和柔性体模型设计相应的控制律,通过仿真...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1数控机床及滚珠丝杠跟踪误差和轮廓误差是衡量机床进给系统精度和性能的最重要的误差指标，如图

但这种驱动方式由于造价成本高、动态刚性小容易造成振动、发热量大等缺点泛应用于数控机床；另一种是采用旋转电机、滚珠丝杠和直线导轨组合的形式，的转动通过滚珠丝杠变为沿着直线导轨的直线方向运动，即所谓的滚珠丝杠进，其结构如图1-1所示。与直线电机进给系统相比，滚珠丝杠效率高、伺服寿....

图1-5轴向和扭转的二自由度振动模型

（a）轴向振动模型（b）扭转振动模型图1-5轴向和扭转的二自由度振动模型[50]摩擦是滚珠丝杠进给系统一直存在的显著降低跟踪控制精度的干扰因素，研究力学特性是实现控制补偿的基础。Armstrong[16]与刘丽兰[17]系统全面地总结了较多的摩擦模型，比较了各个摩擦模型的适....

图2-3dSPACE的ControlDesk软件

用的dSPACE实时仿真系统由德国科技公司dSPACE开发，主理器、I/O在内的DS1103硬件组件及ControlDesk实时操作软件（图实现与Simulink软件的高度连接，可以方便调用实时接口RTI、实时IB等。dSPACE实时性高、功能强大、通....

图2-8干扰力矩等效电压信号的频谱分析

12NniNNe2-8为利用MATLAB对电机控制电压进行快速傅里叶变换后得到的福频图，常值分量（0Hz）频率对应的幅值为摩擦力，其余的频率对应的幅值波阻力，幅值比较大的前三个频率分别为0.00495Hz,0.208Hz，0.593Hz，

本文编号：3951557