龙门数控机床主轴进给驱动机电耦合特性研究

发布时间：2017-08-08 10:16

  本文关键词：龙门数控机床主轴进给驱动机电耦合特性研究

  更多相关文章： 龙门数控机床 主轴进给驱动 机电耦合 建模 仿真分析 控制算法

【摘要】：随着我国航空航天、船舶、核电等装备制造业的蓬勃发展,对大型复杂零部件的需求日益增长,龙门数控机床因此得到了广泛的应用。主轴进给驱动是龙门数控机床实现加工过程的关键,其动态性能对龙门数控机床的加工精度有很大影响。因此,主轴进给驱动动态性能分析得到了广泛关注。主轴进给驱动功能的实现是机械系统和控制系统协同工作的结果,二者间存在耦合作用进一步影响其动态性能。目前,国内外对加工中心机电耦合机理与建模的研究还不多。因此,本文以五轴联动龙门数控机床QLM27100的主轴进给驱动为研究对象,对其进行机电耦合建模、分析以及控制算法研究以提高主轴进给驱动的动态性能,进而提高机床加工精度。论文的主要研究成果如下:(1)分析了主轴进给驱动系统中存在的三种机电耦合类型以及参与耦合的机械参量和控制参量之间的影响关系。建立了基于位置环、速度环和电流环控制的主轴进给驱动机电耦合模型。(2)利用虚拟样机技术,以三维CAD软件Solidworks、动力学分析软件ADAMS、有限元分析软件ANSYS建立虚拟仿真环境,建立主轴进给系统刚柔耦合模型。通过模态实验识别出导轨滑块结合面的刚度、阻尼值,并应用于虚拟样机模型中。(3)搭建了基于ADAMS与MATLAB联合仿真的主轴进给驱动机电耦合模型。整定了位置环控制器、速度环控制器和电流环控制器PID参数,并对整个系统动态性能进行了仿真分析。仿真结果表明,电气控制参数、扰动频率影响系统振动特性,而移动部件质量影响系统响应特性。(4)主轴进给驱动的动态特性在很大程度上取决于控制器性能的优劣,针对高速高精度加工技术对数控速度伺服系统的控制性能提出的更高要求等问题,提出了一种基于RBF适配器实时补偿的复合控制策略,并与传统速度环PI控制器控制效果进行了比较。仿真分析表明,在同样的条件下,本文所设计的自适应控制方案优于普适的三环PID控制,且在该控制器作用下,能有效的抗击干扰信号的扰动。不论有无扰动,都能实现位置跟踪误差控制在0.3?m之内,速度跟踪误差在1.5?m以下。
【关键词】：龙门数控机床 主轴进给驱动 机电耦合 建模 仿真分析 控制算法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题研究的背景14-15
• 1.2 国内外相关领域研究现状15-20
• 1.2.1 进给驱动及其控制算法研究现状15-18
• 1.2.2 机电耦合仿真研究现状18-20
• 1.3 研究问题的提出20-21
• 1.4 课题研究内容21-23
• 第二章 龙门数控机床主轴进给驱动机电耦合分析23-35
• 2.1 机电耦合类型24
• 2.2 机电耦合参数的提取24-27
• 2.3 耦合模型建立与仿真方法确定27-33
• 2.3.1 主轴进给驱动的耦合建模27-32
• 2.3.2 机电耦合仿真方法确定32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 龙门数控机床主轴进给系统刚柔耦合建模35-46
• 3.1 主轴进给系统结构分析35
• 3.2 基于ADAMS的刚柔耦合建模35-42
• 3.2.1 虚拟样机模型建立36-37
• 3.2.2 滑枕、滚珠丝杠有限元柔性体建模37-39
• 3.2.3 非线性因素考虑39-42
• 3.3 基于ADAMS的仿真分析42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 龙门数控机床主轴进给驱动机电耦合建模与分析46-62
• 4.1 机电耦合仿真原理46-47
• 4.2 伺服控制系统建模47-55
• 4.2.0 交流永磁同步电机建模47-51
• 4.2.1 电流环建模与参数整定51-52
• 4.2.2 速度环建模与参数整定52-53
• 4.2.3 位置环建模与参数整定53-55
• 4.3 主轴进给驱动机电耦合仿真建模与分析55-60
• 4.3.1 仿真模型建立55-56
• 4.3.2 仿真结果分析56-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 龙门数控机床主轴进给驱动控制策略研究62-76
• 5.1 概述62
• 5.2 主轴进给驱动控制系统非线性数学模型62-65
• 5.3 基于RBF实时补偿的自适应复合控制算法研究65-68
• 5.3.1 前馈控制设计65-66
• 5.3.2 PID反馈控制及其整定66-67
• 5.3.3 径向基函数误差补偿67-68
• 5.4 控制系统稳定性分析68-69
• 5.5 数值仿真及分析69-74
• 5.5.1 基于自适应RBF控制仿真分析69-73
• 5.5.2 对比分析73-74
• 5.6 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 工作总结76
• 6.2 研究展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宁建荣;夏加宽;于玲;李铁军;;永磁直线进给系统多柔性体机电耦合动力学特性分析[J];中国机械工程;2014年19期

2 赵大兴;杨勇;许万;丁国龙;彭玲;;基于ADAMS和MATLAB的数控机床进给驱动系统的机电联合仿真[J];机床与液压;2014年10期

3 刘大炜;汤立民;;国产高档数控机床的发展现状及展望[J];航空制造技术;2014年03期

4 叶献彬;张东升;冯斌;;基于ADAMS与MATLAB的数控机床伺服进给驱动系统联合仿真[J];机床与液压;2013年15期

5 张晓光;赵克;孙力;安群涛;;永磁同步电机滑模变结构调速系统动态品质控制[J];中国电机工程学报;2011年15期

6 程启明;程尹曼;王映斐;汪明媚;;交流电机控制策略的发展综述[J];电力系统保护与控制;2011年09期

7 姚延风;刘强;吴文镜;;基于刚柔-机电耦合的机床直线电机进给系统动态性能仿真研究[J];振动与冲击;2011年01期

8 辛小南;贺莉;王宏洲;;永磁同步电动机交流伺服系统控制策略综述[J];微特电机;2010年02期

9 许向荣;宋现春;姜洪奎;张承瑞;;单螺母滚珠丝杠副轴向刚度的分析研究[J];武汉理工大学学报;2009年24期

10 张晓东;欧洲;;数控铣床伺服系统的稳定性研究[J];机械设计与制造;2009年10期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张晓光;永磁同步电机调速系统滑模变结构控制若干关键问题研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

2 赵明;重型数控机床多学科设计优化若干关键技术研究[D];华中科技大学;2008年

3 贺建军;复杂机电系统机电耦合分析与解耦控制技术[D];中南大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周成锋;EMA数字伺服控制系统研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 李永恒;滚珠丝杠伺服进给系统机电耦合特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 李晓仑;永磁交流伺服精密传动系统机电耦合精度分析[D];重庆大学;2013年

4 李鹏杰;交流伺服进给系统的模糊PI控制仿真[D];华中科技大学;2013年

5 陈星;基于自适应滑模控制的永磁同步电机伺服系统的设计[D];杭州电子科技大学;2013年

6 邓灏;电动执行机构伺服驱动系统开发[D];东华大学;2012年

7 李虎;加工中心进给系统机电联合仿真研究[D];华中科技大学;2012年

8 汪娇娇;轴向柱塞泵刚柔混合动力学仿真研究[D];华南理工大学;2011年

9 张明生;激光焊接机床机电联合建模及焊接轨迹仿真[D];华中科技大学;2011年

10 徐金墀;高速高精度PCB数控钻床伺服进给系统的控制研究[D];北京交通大学;2009年

，

本文编号：639463