多轴数控机床轮廓误差模型及耦合控制方法研究

发布时间：2017-10-03 07:00

  本文关键词：多轴数控机床轮廓误差模型及耦合控制方法研究

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【摘要】：数控机床的轮廓误差控制精度直接影响产品加工质量,随着高新技术的发展和机械产品更新换代速度的加快,企业对零件精度要求越来越高,这就迫切需要高效率、高精度数控机床的出现。在现代加工制造技术领域,如何进行高速、高精度的数控加工以成为新的研究方向和研究重点。在精密数控机床的研发领域,通过增加机床材料刚度或提高装配精度的方法会极大地增加投资成,且精度提高幅度已很难满足加工业对产品加工精度日益增长的需求;轮廓误差耦合控制技术因其性价比高、可操作性强、补偿效果好而备受青睐。因此,本文针对多轴数控加工中的轮廓误差精度的控制方面做了如下研究:(1)从轮廓误差耦合控制的根源出发,在分析了传统轮廓误差计算模型计算精度低、实时性差等不足的基础上,针对空间任意曲线和有明确表达式的空间曲线分别设计了轮廓误差计算模型,设计的轮廓误差计算模型对轮廓误差的计算更加高效、实时。(2)传统PID控制器最大的缺陷是控制参数固定不变,无法根据加工环境实时调整,这一理论上的缺陷会严重影响系统的抗干扰能力,对于真实加工环境中存在的外部突发干扰,传统PID控制器很难满足高精度的加工要求。针对这一缺陷,本文结合模糊逻辑控制策略和PID控制技术设计了一种参数实时智能调整的模糊PID控制器,使控制系统即使在外部突发干扰的情况下也能同时获得了较好地鲁棒性和满意的控制精度。(3)针对工业领域对零件廓精度不断增长的需求,本文针对不同的轮廓误差计算模型,分别设计了以PID控制器为主要控制模块的轮廓误差耦合控制方案和以模糊逻辑PID控制器为主要控制模块的轮廓误差耦合控制方案。经过仿真验证,这两种方案较传统PID控制策略在加工精度和抗干扰能力上都有较大提升。
【关键词】：轮廓误差 误差计算模型 PID 耦合控制 模糊逻辑控制
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题的来源8
• 1.2 课题研究背景及意义8-9
• 1.3 轮廓误差补偿技术的国内外研究现状9-11
• 1.4 轮廓误差控制的关键技术11-12
• 1.5 主要研究内容12-13
• 第二章 数控机床轮廓误差的理论分析与数学建模13-22
• 2.1 轮廓误差成因及相关特性13-15
• 2.1.1 轮廓误差成因13-14
• 2.1.2 伺服系统相关误差及相关特点14-15
• 2.2 传统双轴运动系统轮廓误差建模与交叉耦合控制算法15-18
• 2.2.1 针对直线插补运动的轮廓误差计算15-16
• 2.2.2 针对圆弧插补运动的轮廓误差计算16-18
• 2.3 面向复杂曲线加工的轮廓误差数学模型研究18-21
• 2.3.1 针对任意空间自由曲线的数学建模18-20
• 2.3.2 针对有明确表达式曲线的数学建模20-21
• 2.4 小结21-22
• 第三章 基于PID控制器的耦合控制方案设计22-33
• 3.1 传统PID控制原理22-26
• 3.1.1 PID控制器基本结构组成及原理22-25
• 3.1.2 PID控制器参数整定策略25-26
• 3.1.3 PID控制优势26
• 3.2 传统双轴运动系统交叉耦合控制算法26-28
• 3.2.1 交叉耦合控制算法原理26-27
• 3.2.2 轮廓误差补偿修正量分配27-28
• 3.3 应用PID控制器的轮廓误差耦合控制方案设计28-32
• 3.3.1 轮廓误差耦合控制方案的结构设计与布局28-29
• 3.3.2 轮廓误差耦合控制方案的软件编制29-32
• 3.4 小结32-33
• 第四章 模糊PID耦合控制方案设计33-53
• 4.1 模糊逻辑控制原理33-36
• 4.1.1 模糊逻辑控制工作原理33-34
• 4.1.2 模糊控制器的结构组成与分类34-35
• 4.1.3 模糊逻辑控制的优点35-36
• 4.2 应用PID参数规则的Mamdani型模糊控制器设计36-48
• 4.2.1 模糊逻辑控制器结构的确立36-37
• 4.2.2 输入、输出变量的模糊化37-40
• 4.2.3 模糊控制规则的建立40-43
• 4.2.4 模糊近似推理43-47
• 4.2.5 模糊输出量的清晰化47-48
• 4.3 模糊逻辑PID控制器结构设计48-49
• 4.4 应用模糊逻辑PID控制器的轮廓误差耦合控制方案设计49-51
• 4.5 小结51-53
• 第五章 基于轮廓误差耦合控制的数控仿真验证53-61
• 5.1 应用PID控制器的轮廓误差耦合控制方案仿真分析53-58
• 5.1.1 针对任意空间自由曲线的数控加工仿真53-55
• 5.1.2 针对有明确表达式曲线加工的数控仿真55-58
• 5.2 应用模糊逻辑PID控制器的耦合控制方案的仿真分析58-60
• 5.3 小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 研究工作总结61
• 6.2 课题的研究创新点61-62
• 6.3 进一步研究方向62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间的科研成果67-68
• 一、攻读硕士学位期间发表的论文67
• 二、攻读硕士学位期间参与的课题67-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 谢东;丁杰雄;霍彦波;杜丽;王伟;;数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析[J];中国机械工程;2012年12期

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本文编号：963769