抛光机床的PID控制及NURBS曲线插补研究

发布时间：2017-09-27 02:17

  本文关键词：抛光机床的PID控制及NURBS曲线插补研究

  更多相关文章： PID控制 伺服环路 参数整定 NURBS曲线插补 速度自适应 加减速控制

【摘要】：本课题主要是对四轴联动抛光机床控制系统的研究，而PID模块和插补模块是控制系统的两个核心部分，因此本文对PID控制和NURBS曲线插补进行了深入研究。 本文在采用PID技术对四轴联动抛光机床进行控制时，发现PID参数对控制性能的影响非常大，运用系统自动匹配得到的参数进行控制时会产生很大的位置和速度误差，因此需要对PID参数进行整定。本文对PID参数的优化工作主要从以下几个方面展开： （1）对A3200控制器的伺服环路进行了分析，将整个环路分解成速度环和位置环，并分别对两个环路建立了传递函数的数学模型。 （2）采用4:1衰减曲线法分别对速度环的比例增益Kp、积分增益Ki、位置环的比例增益Kpos以及位置内环的各参数进行了整定。 （3）在对位置环进行整定时，由于其伺服环路过于复杂，整定起来相当困难，因此本文提出了一种等效控制的方法，对位置环进行简化后将其等效成一个传统的PID控制器。这样，对位置环的参数整定转化成了对传统PID控制器的参数整定，大大简化了整定过程。 （4）对不同参数值下的系统响应曲线进行了仿真对比，通过对性能指标的分析可以判断出不同参数值下系统控制效果的好坏，，仿真结果表明本文整定得到的参数值会获得更好的控制效果。 （5）进行了抛光机床z轴的PID控制实验，实验结果表明将A3200控制器的参数值设置为本文整定得到的参数值时，z轴会获得最小的位置误差和速度误差，提高了实验台的控制性能和运动精度。 NURBS曲线插补主要包括预处理、参数密化、速度自适应控制以及加减速控制几个过程，本文针对这几个过程中的关键问题，进行了以下几个方面的研究工作： （1）采用弓高误差和法向加速度约束的速度自适应控制算法，使得插补进给速度能随着曲线曲率的变化进行自适应调整。 （2）采用传统七段S形加减速方式，通过反向插补与监控插补距离相结合的方式进行减速点的预测。针对加减速过程中出现的速度敏感点间的干涉问题，提出了通过构造速度敏感点重新规划干涉段的新算法。 （3）进行了NURBS曲线插补的仿真分析。仿真结果表明采用本文提出的插补策略可以获得平滑、没有突变的速度和加速度曲线，并且加加速度和弓高误差被控制在允许的范围内；并通过与传统算法的对比体现了本文提出的算法具有更高的插补精度和效率。 （4）进行了四轴联动抛光机床的插补实验，对各轴的位置、速度和加速度曲线做了详细分析。实验结果表明本文提出的算法是行之有效的。
【关键词】：PID控制 伺服环路 参数整定 NURBS曲线插补 速度自适应 加减速控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG596
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 PID 控制及 NURBS 曲线插补研究目的及意义11-12
• 1.1.1 PID 控制研究目的及意义11
• 1.1.2 NURBS 曲线插补研究目的及意义11-12
• 1.2 PID 控制及 NURBS 曲线插补研究现状12-18
• 1.2.1 PID 控制研究现状12-14
• 1.2.2 NURBS 曲线插补研究现状14-18
• 1.3 论文的框架与结构18-21
• 第2章 PID 控制及 NURBS 曲线插补理论研究21-37
• 2.1 PID 控制相关理论21-25
• 2.1.1 PID 控制基本原理21-22
• 2.1.2 PID 控制的性能指标22-23
• 2.1.3 PID 参数整定23-25
• 2.2 NURBS 曲线基本理论25-33
• 2.2.1 NURBS 曲线定义25-27
• 2.2.2 NURBS 曲线性质及优缺点27-29
• 2.2.3 NURBS 曲线的求值29-31
• 2.2.4 NURBS 曲线导矢及曲线长度的计算31-33
• 2.3 插补基本原理33-35
• 2.3.1 脉冲增量法33-34
• 2.3.2 数据采样法34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 PID 控制仿真分析及实验37-55
• 3.1 参数对运动精度影响的理论分析37-38
• 3.2 伺服环路结构分析38-40
• 3.3 参数整定过程40-45
• 3.3.1 速度环整定41-43
• 3.3.2 位置环整定43-45
• 3.4 伺服环路参数调节的仿真分析45-47
• 3.5 PID 参数优化实验47-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第4章 NURBS 曲线插补及加减速算法55-73
• 4.1 插补预处理55-56
• 4.2 参数密化过程56-61
• 4.3 速度自适应控制算法61-63
• 4.3.1 弓高误差约束的进给步长的确定61-62
• 4.3.2 法向加速度约束的进给步长的确定62-63
• 4.4 加减速控制算法63-70
• 4.4.1 S 形加减速控制策略64-66
• 4.4.2 减速点的确定66-67
• 4.4.3 相邻速度敏感点间的干涉问题67-70
• 4.5 本章小结70-73
• 第5章 NURBS 曲线插补仿真及实验73-97
• 5.1 NURBS 曲线插补仿真实例及结果分析73-83
• 5.2 NURBS 曲线插补实验及结果分析83-94
• 5.3 本章小结94-97
• 第6章 结论与展望97-99
• 6.1 结论97-98
• 6.2 展望98-99
• 参考文献99-105
• 作者简介105-107
• 致谢107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨智,朱海锋,黄以华;PID控制器设计与参数整定方法综述[J];化工自动化及仪表;2005年05期

2 彭楚武,钟庆昌,贾青,谢剑英;自整定鲁棒PID控制器[J];湖南大学学报(自然科学版);1999年05期

3 ;Novel Approach to Nonlinear PID Parameter Optimization Using Ant Colony Optimization Algorithm[J];Journal of Bionics Engineering;2006年02期

4 贾庆祥;徐知行;刘新山;;基于阿当姆斯算法的NURBS曲线插补[J];吉林大学学报(工学版);2009年S1期

5 马金山,高珍,杨洁明;灰色PID控制算法及仿真研究[J];机械管理开发;2004年05期

6 游有鹏,王珉,朱剑英;NURBS曲线高速高精度加工的插补控制[J];计算机辅助设计与图形学学报;2001年10期

7 彭芳瑜;何莹;李斌;;NURBS曲线高速插补中的前瞻控制[J];计算机辅助设计与图形学学报;2006年05期

8 班立权,鲁五一;PID参数自整定算法及仿真[J];计算技术与自动化;2005年03期

9 罗福源;游有鹏;尹涓;;NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究[J];机械工程学报;2012年05期

10 龙晓林,徐金方;基于优化BP神经网络的PID控制器研究[J];计算机测量与控制;2003年02期

本文编号：927082