多轴伺服进给系统的轮廓误差估计与控制研究

发布时间：2017-10-29 05:25

  本文关键词：多轴伺服进给系统的轮廓误差估计与控制研究

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【摘要】：轮廓误差的大小是衡量加工质量的核心指标,因此生产加工过程中如何得到一个准确的轮廓误差值尤为重要。如今对于如何能在高速加工中仍然保持高精度的轮廓加工仍是亟需解决的问题。本文从轮廓误差估计方法以及轮廓控制方法的角度开展研究,以提高工业生产中工件的加工精度与加工效率。现有的轮廓误差估计方法种类繁多,但是对于各个估计方法的适用范围并没有相对明确的说明。本文对现有的轮廓误差估计方法进行分析对比研究,通过仿真对比出各方法的优缺点,分析其适用范围。通过分析发现现有的轮廓误差估计方法只对极特殊的轮廓如圆形轮廓或直线轮廓才能计算出轮廓误差的准确值。对于其余期望轮廓现有的估计方法只能停留在估计的层面,基于现有轮廓误差估计方法的缺点,本文提出了一种基于平面二次曲线的轮廓误差计算方法。当期望轮廓超出平面二次曲线时,将该算法进行拓展。通过实时计算得到轮廓误差并将该值用于交叉耦合控制中,通过反馈实现对轮廓误差的闭环控制。本文设计的交叉耦合控制器的改进之处在于轮廓误差控制器的输入信息不再是跟踪误差,而是当前时刻的实际点的位置信息,避免了跟踪误差引起的轮廓误差估计不准导致的加工效果变差。同时改进后的控制器降低了交叉耦合增益的求解难度。论文中还设计了基于轮廓误差的速度规划,这种方法主要是通过轮廓误差计算值实时对加工速度进行规划。通过对Bang-bang控制以及归一化控制两种方法的分析,最终对归一化方法进行实验验证。在加工速度上与低速加工相比,加工效率提高了35%,在加工质量上与高速加工相比,加工精度提高了38.9%。本文提出的速度规划方法实现了轮廓的加工精度与加工效率之间的平衡。
【关键词】：轮廓误差 轮廓误差计算方法 交叉耦合控制器 速度规划
【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】：TG83;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景与研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 轮廓误差估计方法分析与比较14-25
• 2.1 轮廓误差估计方法的分类与研究14-19
• 2.1.1 受跟踪性能影响的估计方法14-18
• 2.1.2 不受跟踪性能影响的估计方法18-19
• 2.2 轮廓误差估计方法仿真结果分析19-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 基于平面曲线的轮廓误差计算与估计25-32
• 3.1 轮廓误差计算方法25-26
• 3.2 模型拓展26-29
• 3.3 SIMULINK仿真29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 交叉耦合控制器的改进32-49
• 4.1 传统的交叉耦合控制器32-34
• 4.2 改进的交叉耦合控制器34-38
• 4.3 实验结果分析38-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第5章 速度规划方法49-57
• 5.1 现有的速度规划方法分析49-51
• 5.1.1 基于加加速度连续的速度规划49-50
• 5.1.2 基于期望轮廓曲率进行的速度规划50-51
• 5.2 基于轮廓误差的实时速度规划51-56
• 5.2.1 Bang-bang规划方法53-54
• 5.2.2 归一化规划方法54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果62-64
• 致谢64

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本文编号：1111617