数控机床伺服系统控制性能研究

发布时间：2017-09-11 10:24

  本文关键词：数控机床伺服系统控制性能研究

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【摘要】：近几十年来,随着科学技术与经济的快速发展,制造业已经发生了翻天覆地的变化。数控机床作为现代制造业的重要支撑,也是未来先进制造技术的核心内容,直接反映一个国家制造业发展的水平。伺服系统作为数控机床的一个重要组成部分,其性能直接影响并决定数控加工设备的快速性、精确性与稳定性。首先,本文分析了机电伺服系统的完整控制模型,结合机电伺服系统的基本特征对机电伺服系统的完整模型进行了简化,将包含机械部分的伺服系统降阶为四阶,然后通过研究简化模型的参数关系,整理出不依赖于机械传动部分参数的一般伺服控制器参数整定方法,通过对比了机电伺服系统的完整模型和简化模型的位置输出差异,证明了简化模型的合理性和参数整定方法的正确性。其次,在部分简化模型的基础上,将PID、PDF和PDFF三种控制器运用到转速环中并给出了三种控制器的设计方法,然后,通过仿真实验从转速跟踪性、转速稳定性和转速鲁棒性三个方面进一步比较了三种控制器的性能,最后设计了机床伺服驱动器的软硬件系统,包括TMS320F28335最小系统、相电流采样、母线电压采样、隔离和保护电路等。在基于TMS320F28335的伺服驱动器平台上完成了三种控制器的性能测试,并采用上位机对实验数据进行采集,将采集到的数据导入到MATLAB中进行分析,理论和实验结果基本一致,最后对所做的工作进行了总结和展望,指出了后续工作的方向。
【关键词】：数控机床 机电伺服系统 PID PDF PDFF
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• CONTENTS8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究的目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 伺服控制系统研究现状11-13
• 1.2.2 伺服控制策略综述13-15
• 1.3 论文结构与主要内容15-17
• 第二章 机电伺服控制系统的数学建模17-29
• 2.1 工业机电伺服系统的结构17-18
• 2.2 单轴机电伺服系统模型18-21
• 2.2.1 完整的机电伺服系统模型18-19
• 2.2.2 工业机械伺服系统模型简化的条件19-20
• 2.2.3 机械伺服系统的四阶模型20-21
• 2.3 四阶模型的控制器设计21-26
• 2.4 机械伺服系统的仿真分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 控制器设计及性能比较29-44
• 3.1 电流环设计29-33
• 3.2 转速环PI控制器设计33-35
• 3.3 转速环PDF控制器设计35-37
• 3.4 转速环PDFF控制器设计37-39
• 3.5 转速控制器性能评价指标39-40
• 3.5.1 转速跟踪性能39
• 3.5.2 转速鲁棒性39
• 3.5.3 转速稳定性39-40
• 3.6 控制器仿真40-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第四章 伺服驱动器的软硬件设计44-53
• 4.1 系统硬件电路设计44-49
• 4.1.1 TMS320F28335最小系统45
• 4.1.2 采样调理电路45-47
• 4.1.3 编码器接口电路47-48
• 4.1.4 PWM光耦隔离电路48
• 4.1.5 显示和控制电路48-49
• 4.2 控制系统软件设计49-52
• 4.2.1 主程序设计49-50
• 4.2.2 中断服务子程序50-51
• 4.2.3 故障保护程序设计51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 伺服系统性能实验研究53-62
• 5.1 时间响应55-56
• 5.2 跟踪性56-58
• 5.3 鲁棒性58-59
• 5.4 刚度59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 总结与展望62-63
• 参考文献63-67
• 攻读学位期间发表的论文67-69
• 致谢6

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本文编号：830182