X-Y工作台的摩擦建模与仿真研究
发布时间：2020-10-27 18:37
X-Y工作台广泛用于机械制造和加工过程中,由于系统中存在多种非线性特性,要实现系统的高精度运动控制就必须补偿这些非线性。系统中存在的非线性有:摩擦、间隙、磁滞效应、饱和、未建模动态和外部扰动等,其中摩擦的非线性对系统的运动控制的影响最为明显,工作台摩擦的建模和仿真是本文主要讨论的问题。 首先从摩擦的物理特性出发,详细分析了摩擦力随速度变化的四个阶段,介绍了近年来提出的各类摩擦模型。通过比较最终确定采用Stribeck和LuGre两种模型作为研究对象。 电机输出力矩的测量是摩擦识别和建模的关键,但由于实现困难,国内外直接测量力矩来识别摩擦的研究很少。本文提出了一种新的电机力矩测量方法,对传感器设计、定标、测试电路组成等进行了详细讨论,并成功测量了电机转矩。 以电机输出力矩为系统输入、位移、速度和加速度为输出,对X-Y工作台系统的摩擦进行了识别研究。经过对试验数据的分析处理和参数辨识,先后建立起了工作台的Stribeck和LuGre摩擦模型。实验表明所建立的模型与实际系统的摩擦较为吻合。 然后通过理论分析建立了X-Y工作台的数学模型,运用Matlab/Simulink将其转换为仿真模型,选用适当的参数运行仿真。此外还建立了Stribeck和LuGre、“静摩擦+Coulomb摩擦”、Kamopp四种摩擦模型的仿真模型。Stribeck和LuGre模型的仿真效果与实验比较还是很理想的。 摩擦补偿是本研究的最终目的,但由于时间所限只进行了初步探讨。 本论文的完成,为机电传动伺服系统精确测量摩擦力和摩擦扭矩,提供了一套切实可行的方法,对交流伺服X-Y工作台的建模、仿真及摩擦的补偿控制打下了良好的基础。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TH117.1
【部分图文】：
移动的工作台称为X一Y工作台。其工作原理是X、Y向均采用伺服电机驱动，通过丝杠传动后，带动工作台做X一Y向的运动。如图3一1所示，工作台由两个互相独立的、互为垂直的导向导轨、传动系统及工作台面等组成。其中X向工作台固定在Y向工作台的工作台面上，由Y向工作台带动其作Y向运动，X向工作台通过定位销定位于Y向工作台上，两者在水平面上保持正交，动导轨沿着静导轨做定向直线运动。为保持高刚度和无间隙连接，一个合适的预图3一lx一Y工作台示意图载荷被施加在滚珠丝杠和滚动导轨上。伺服电机与滚珠丝杠之间采用刚性联轴器直接连接。与伺服电动机直接连接的增量式码盘被用于速度的反馈。位置测量信号则来自于安装在工作台上的直线光栅，位置测量值同时被计算机上的数据采集卡所记录，用来分析X一Y工作台的运动精度。位置控制是利用DSP制造的基于PC机的运动控制卡来实现。在本实验中
移动的工作台称为X一Y工作台。其工作原理是X、Y向均采用伺服电机驱动，通过丝杠传动后，带动工作台做X一Y向的运动。如图3一1所示，工作台由两个互相独立的、互为垂直的导向导轨、传动系统及工作台面等组成。其中X向工作台固定在Y向工作台的工作台面上，由Y向工作台带动其作Y向运动，X向工作台通过定位销定位于Y向工作台上，两者在水平面上保持正交，动导轨沿着静导轨做定向直线运动。为保持高刚度和无间隙连接，一个合适的预图3一lx一Y工作台示意图载荷被施加在滚珠丝杠和滚动导轨上。伺服电机与滚珠丝杠之间采用刚性联轴器直接连接。与伺服电动机直接连接的增量式码盘被用于速度的反馈。位置测量信号则来自于安装在工作台上的直线光栅，位置测量值同时被计算机上的数据采集卡所记录，用来分析X一Y工作台的运动精度。位置控制是利用DSP制造的基于PC机的运动控制卡来实现。在本实验中
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。如图3一4所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设金属电阴刃变丝图3一4电阻应变片结构计，但电阻的取值范围应注意:阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。图3一5BE12o一ZHA一E型应变片BE12O一ZHA一E型电阻应变片
【引证文献】
本文编号：2858899
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TH117.1
【部分图文】：
移动的工作台称为X一Y工作台。其工作原理是X、Y向均采用伺服电机驱动，通过丝杠传动后，带动工作台做X一Y向的运动。如图3一1所示，工作台由两个互相独立的、互为垂直的导向导轨、传动系统及工作台面等组成。其中X向工作台固定在Y向工作台的工作台面上，由Y向工作台带动其作Y向运动，X向工作台通过定位销定位于Y向工作台上，两者在水平面上保持正交，动导轨沿着静导轨做定向直线运动。为保持高刚度和无间隙连接，一个合适的预图3一lx一Y工作台示意图载荷被施加在滚珠丝杠和滚动导轨上。伺服电机与滚珠丝杠之间采用刚性联轴器直接连接。与伺服电动机直接连接的增量式码盘被用于速度的反馈。位置测量信号则来自于安装在工作台上的直线光栅，位置测量值同时被计算机上的数据采集卡所记录，用来分析X一Y工作台的运动精度。位置控制是利用DSP制造的基于PC机的运动控制卡来实现。在本实验中
移动的工作台称为X一Y工作台。其工作原理是X、Y向均采用伺服电机驱动，通过丝杠传动后，带动工作台做X一Y向的运动。如图3一1所示，工作台由两个互相独立的、互为垂直的导向导轨、传动系统及工作台面等组成。其中X向工作台固定在Y向工作台的工作台面上，由Y向工作台带动其作Y向运动，X向工作台通过定位销定位于Y向工作台上，两者在水平面上保持正交，动导轨沿着静导轨做定向直线运动。为保持高刚度和无间隙连接，一个合适的预图3一lx一Y工作台示意图载荷被施加在滚珠丝杠和滚动导轨上。伺服电机与滚珠丝杠之间采用刚性联轴器直接连接。与伺服电动机直接连接的增量式码盘被用于速度的反馈。位置测量信号则来自于安装在工作台上的直线光栅，位置测量值同时被计算机上的数据采集卡所记录，用来分析X一Y工作台的运动精度。位置控制是利用DSP制造的基于PC机的运动控制卡来实现。在本实验中
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。如图3一4所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设金属电阴刃变丝图3一4电阻应变片结构计，但电阻的取值范围应注意:阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。图3一5BE12o一ZHA一E型应变片BE12O一ZHA一E型电阻应变片
【引证文献】
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本文编号：2858899
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