丝杠导轨系统虚拟仿真的研究

发布时间：2017-05-16 13:13

  本文关键词：丝杠导轨系统虚拟仿真的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在数控系统开发过程中,如果要检验一种控制策略的控制效果或者轨迹规划对系统跟踪精度的影响,都需要在实际的机台上进行。这样不仅效率低下,同时可能会因为参数使用不当引起机械平台损坏甚至引发安全事故。因此,本文以数控机床中最常用的丝杠导轨机械系统为研究对象,开发基于丝杠导轨系统的数控系统虚拟仿真平台。本文首先设计了虚拟仿真平台的整体架构,该架构按照数控加工的流程包括轨迹规划模块、控制模块、单轴平台模块、误差分析模块和补偿模块,并给出了模块之间的数据交互关系。接着以实验室的XY平台为研究对象,本文对其进行了动力学分析和数学建模,分别研究了时域和频域下系统的线性模型,对相应的未知参数进行了最小二乘辨识。为了更能反映实际系统特性,本文着重进行了丝杠导轨系统的反向间隙、摩擦力和其它非线性因素分析和建模工作,较为精确地建立了伺服驱动和机械结构模型。然后基于平面光栅研究了输入轨迹分别为圆轨迹和非圆轨迹情况下仿真系统和实验平台的输出效果,并进行了误差分析,验证了模型的准确性。最后基于现有的虚拟仿真平台,设计了针对反向间隙的补偿控制模块,并对比补偿前后实验平台和仿真平台的跟踪误差和轮廓误差,验证了补偿的有效性。本文基于理论、仿真和实验,验证了虚拟仿真平台的准确性和有效性,为丝杠导轨这一类的数控系统建模、辨识提供了方法和依据,为控制策略和轨迹规划、插补等的研究提供了虚拟仿真平台。
【关键词】：丝杠导轨系统 虚拟仿真系统 数学模型 参数辨识 误差分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 丝杠导轨系统建模的研究现状9-10
• 1.2.2 轨迹规划和控制算法的研究10-12
• 1.3 主要工作内容12-14
• 第2章 虚拟仿真平台架构设计14-22
• 2.1 虚拟数控系统的整体架构14-15
• 2.2 各模块简介15-21
• 2.2.1 轨迹规划模块16-19
• 2.2.2 单轴平台的建模19
• 2.2.3 误差分析模块19-20
• 2.2.4 控制模块20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 XY平台建模与辨识22-40
• 3.1 线性建模与辨识22-31
• 3.1.1 线性建模23-25
• 3.1.2 线性辨识25-31
• 3.2 非线性建模与辨识31-39
• 3.2.1 系统的饱和和量化误差31-33
• 3.2.2 反向间隙的建模33-35
• 3.2.3 摩擦力的建模35-38
• 3.2.4 单轴平台的仿真模型38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 误差分析模块及仿真平台验证40-48
• 4.1 基于平面光栅的圆轨迹分析40-44
• 4.1.1 平面光栅的介绍40-41
• 4.1.2 圆轨迹测量与分析41-44
• 4.2 基于平面光栅的非圆轨迹分析44-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第5章 基于仿真平台的反向间隙补偿算法研究48-54
• 5.1 反向间隙的补偿介绍48-49
• 5.2 补偿模块的设计49-51
• 5.3 反向间隙补偿的实现51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 致谢60

【共引文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张永利;原位微纳米压痕测试装置设计分析与试验研究[D];吉林大学;2015年

2 汪佳丽;双级执行器系统综合建模和协同控制研究[D];浙江理工大学;2015年

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本文编号：370930