高速精密数控机床进给伺服系统的控制研究

发布时间：2017-05-18 05:03

  本文关键词：高速精密数控机床进给伺服系统的控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微电子技术、大规模集成电路制造工艺、计算机技术和现代控制理论的发展,交流电动机的控制技术、调速性能得到了不断提高,机床进给伺服系统在经历了开环的步进电动机系统、直流伺服系统两个阶段之后,已进入了交流伺服系统阶段,交流伺服系统已取得了主导地位。 本文以数控机床交流伺服系统为研究对象,首先利用矢量控制理论建立了永磁同步电机的线性解耦数学模型,在此基础上,建立了电流环、速度环、位置环三闭环的PID控制系统,根据控制理论对各个环节的PID参数进行分析、设计及整定,并在Matlab/Simulink软件下进行动态仿真,验证了整个系统设计的正确性和合理性。 针对数控机床的精度要求,在动力学理论的基础上建立了机械系统的等效数学模型,将其与伺服驱动的数学模型相串联,构成一个全闭环高阶系统的控制模型。利用软件Matlab对系统位置控制进行参数整定,且对系统的变参数进行了仿真分析,同时针对此数控系统可能出现的谐振问题,提出一些控制策略去解决此问题。 在交流伺服系统中,由于数控机床进给伺服系统的非线性和各种时变因素的存在,会影响伺服系统的控制性能,采取传统的控制策略已经不能满足其需求,为此提出采取模糊PID控制方案解决此问题。该控制器是将常规PID控制的稳定型与模糊控制的简便性、灵活性及鲁棒性融为一体,构造了一个自整定模糊PID控制器。仿真结果表明,采用模糊PID控制对机械系统的变参数性及外部扰动具有较好的抑制作用。
【关键词】：数控机床 永磁同步电机 交流伺服系统 模糊PID控制
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 插图索引10-12
• 插表索引12-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 概述13-16
• 1.1.1 数控机床发展史13-14
• 1.1.2 数控机床的发展趋势14-16
• 1.2 国内外数控机床发展现状16-17
• 1.2.1 国外数控机床发展现状16
• 1.2.2 国内数控发展现状16-17
• 1.3 本课题研究的目的和意义17-18
• 1.4 本课题研究的主要内容18-19
• 第2章 机床的进给伺服系统19-28
• 2.1 数控机床进给伺服系统19-20
• 2.2 伺服系统模型的简化20
• 2.3 伺服驱动装置20-23
• 2.3.1 步进电动机21
• 2.3.2 直流电动机21-22
• 2.3.3 交流电动机22
• 2.3.4 直线电机22-23
• 2.3.5 步进、直流、交流和直线电机的应用比较23
• 2.4 进给机械传动装置23-27
• 2.4.1 齿轮或带轮传动副24-25
• 2.4.2 滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副25-27
• 2.4.3 静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副27
• 2.5 结论27-28
• 第3章 永磁同步电动机矢量控制的数学模型28-35
• 3.1 永磁同步电动机的结构和种类28-29
• 3.1.1 永磁同步电机的分类28
• 3.1.2 永磁同步电动机的结构28-29
• 3.2 矢量控制原理及坐标变换29-32
• 3.2.1 矢量控制原理29-30
• 3.2.2 矢量控制方法30
• 3.2.3 坐标变换30-32
• 3.3 永磁同步电动机的数学模型32-34
• 3.3.1 三相静止坐标下电动机的基本方程32-33
• 3.3.2 永磁同步电机的d 、q 模型33-34
• 3.4 结论34-35
• 第4章 交流伺服系统的设计及参数整定35-49
• 4.1 电流环的设计与整定35-38
• 4.1.1 电流环动态结构的简化36-38
• 4.1.2 电流调节器设计38
• 4.2 速度控制环的设计与整定38-41
• 4.2.1 速度控制环结构的简化39-40
• 4.2.2 速度控制环的高精度设计40-41
• 4.3 位置控制环的设计与整定41-43
• 4.3.1 位置环的设计41-42
• 4.3.2 位置环的整定42-43
• 4.4 数控机床伺服控制系统三环整定计算及仿真43-49
• 第5章 伺服机械传动装置及高阶系统的仿真49-58
• 5.1 机械传动机构的数学模型49-52
• 5.1.1 机械传动机构的等效动力学模型49-50
• 5.1.2 机械参量的折算50-51
• 5.1.3 机械传动机构的传递函数51-52
• 5.2 数控机床伺服进给系统机械参量的计算52-54
• 5.3 数控机床全闭环伺服进给系统模型的建立及高阶仿真54-55
• 5.4 机械谐振系统的控制策略55-57
• 5.5 结论57-58
• 第6章 伺服进给系统模糊 PID 控制58-72
• 6.1 模拟 PID 控制实现原理58-60
• 6.2 数字 PID 控制原理60
• 6.3 模糊控制基本原理60-62
• 6.4 模糊 PID 控制器在伺服进给系统中的应用62-68
• 6.4.1 模糊 PID 自整定控制器的设计63-64
• 6.4.1.1 模糊 PID 参数自整定控制器的结构63
• 6.4.1.2 PID 初始参数的设定63-64
• 6.4.2 输入输出变量隶属函数确定64-66
• 6.4.3 模糊控制规则表的建立66-68
• 6.5 系统仿真模型68-71
• 6.6 结论71-72
• 总结与展望72-74
• 总结72
• 展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间所发表的学术论文78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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2 刘学鹏,梅雪松,吴序堂;参数自调整Fuzzy-PID对数控机床进给系统的研究[J];机械科学与技术;2004年01期

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本文编号：375141