激光切割机焦点控制系统研究

发布时间：2017-10-25 13:01

  本文关键词：激光切割机焦点控制系统研究

  更多相关文章： 焦点控制 激光切割 径向永磁弹簧 3自由度 位置控制特性

【摘要】：在激光切割过程中辅助气体喷射焦点始终位于激光照射材料焦点的后方，能够有效地提高激光切割的质量和速度。在切割过程中，基于要实时控制喷气焦点和激光焦点的位置，本文研究了一种电磁驱动永磁复位式激光切割焦点控制系统。 在分析环形永磁体和柱形永磁体及气隙磁导的基础上，提出了一种径向3自由度等刚度磁弹簧工作台。根据磁弹簧的结构，结合环形永磁体和柱形永磁体的工作特性，用虚位移法建立了3自由度等刚度磁弹簧径向磁力解析数学模型。 电磁铁虽然是一种非线性的执行机构，但是通过合理的结构设计并采用差动式控制方式，可使其在工作点附近具有良好的线性。本文设计一种新型的激光切割机用微动平台，采用三组差动控制电磁铁实现X方向、Y方向平动和C向转动的控制，平面3自由度磁弹簧提供3个方向的阻力。 分别对激光切割机微动平台的差动电磁铁和永磁弹簧进行了理论计算、有限元分析和实验研究，明确了永磁体参数、电磁线圈参数对力学特性的影响，确定了微动平台在水平方向与竖直方向的气隙间距。 根据永磁弹簧径向磁力解析数学模型、差动电磁铁驱动力的数学模型和拉格朗日原理，，建立了激光切割微动平台控制系统的动力学模型。MATLAB/Simulink和ControlDesk进行无缝连接输出电压信号控制，并进行了响应特性、位置控制特性和转角控制特性实验研究。
【关键词】：焦点控制 激光切割 径向永磁弹簧 3自由度 位置控制特性
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG485
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 激光加工技术和发展动态9-11
• 1.1.1 激光加工技术的研究背景9-10
• 1.1.2 激光加工技术的发展与现状10-11
• 1.2 永磁技术和电磁技术的研究动态11-14
• 1.2.1 永磁技术和电磁技术的研究背景11-13
• 1.2.2 永磁技术和电磁技术的发展与现状13-14
• 1.3 课题的提出及研究意义14-16
• 1.3.1 课题的提出14-15
• 1.3.2 研究意义15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第2章 3 自由度等刚度永磁平台的力学特性与磁场特性分析17-32
• 2.1 单组永磁体数学模型的建立17-21
• 2.1.1 磁导计算17-19
• 2.1.2 磁环与磁柱间的磁通19-20
• 2.1.3 径向磁力数学模型20-21
• 2.1.4 径向磁力与径向和轴向位移的计算分析21
• 2.2 有限元仿真与理论计算对比21-23
• 2.3 磁感应强度分析23-24
• 2.4 径向磁力与永磁体参数的关系24-27
• 2.5 实验验证27-29
• 2.6 平台结构及工作原理29-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 驱动用电磁铁的磁力分析32-38
• 3.1 电磁铁的电磁力数学模型的建立及分析32-37
• 3.1.1 电磁铁的电磁力数学模型的建立32-35
• 3.1.2 电磁铁对坡莫合金吸力的计算、有限元和实验测量对比35-37
• 3.2 本章小结37-38
• 第4章 实验平台的搭建与结构分析38-42
• 4.1 微动平台的设计与硬件设备38-40
• 4.2 微动平台硬件系统的连接40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 焦点控制系统的性能分析42-61
• 5.1 焦点控制系统微动平台的动力学方程的建立42-47
• 5.1.1 差动式电磁铁组驱动力的数学模型的建立43-44
• 5.1.2 水平方向永磁弹簧回复力的数学模型的建立44-45
• 5.1.3 系统动力学模型的建立45-47
• 5.2 控制系统的可控性及可观测性分析47-48
• 5.3 控制系统的建立与差动特性仿真48-53
• 5.4 控制系统的建立53-60
• 5.4.1 电涡流位移传感器的校正53-55
• 5.4.2 实验验证55-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 结论61-63
• 6.1 结论61
• 6.2 工作展望61-63
• 参考文献63-67
• 在学研究成果67-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张飞;唐任远;陈丽香;韩雪岩;;永磁同步电动机电抗参数研究[J];电工技术学报;2006年11期

2 张云鹏;刘淑琴;李红伟;范友鹏;;基于磁路分析的轴向混合磁轴承径向承载力解析计算[J];电工技术学报;2012年05期

3 孙宝玉,梁淑卿,宋文荣,王延风,何惠阳;直线驱动磁悬浮进给机构的研究[J];光学精密工程;2003年04期

4 王扬;李春奇;杨立军;张宏志;吴雪峰;蔡娜;李灵;;非常规激光加工技术的研究[J];红外与激光工程;2011年03期

5 罗芳,张昆仑;磁悬浮列车U型悬浮电磁铁电磁力的数值计算与分析[J];机车电传动;2002年03期

6 陈绮丽;黄诗君;张宏超;;激光技术在材料加工中的应用现状与展望[J];机床与液压;2006年08期

7 宋威廉;;激光加工技术的发展[J];激光与红外;2006年S1期

8 李黎川,丁玉成,卢秉恒;超精密磁悬浮工作台及其解耦控制[J];机械工程学报;2004年09期

9 孙立军,张涛,赵兵;永磁磁轴承数学模型的研究[J];机械工程学报;2005年04期

10 高海波;邓宗全;胡明;王少纯;;行星轮式月球车移动系统的关键技术[J];机械工程学报;2005年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郑祺峰;发动机连杆裂解槽激光加工技术及自动化设备研究[D];吉林大学;2010年

本文编号：1093809