低摩擦快速平衡卸荷模糊控制精密伺服系统

发布时间：2017-04-06 07:12

  本文关键词：低摩擦快速平衡卸荷模糊控制精密伺服系统，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在超精密加工领域,垂直运动组件比较重,虽然可被现有平衡装置进行重力平衡,但是在被平衡之后,运动阻力仍然较大,还是会引起驱动电机的过流效应,进而影响到机床的稳定性和定位精度。因此,在机床的设计中如何平衡掉垂直运动组件的重力,以此减少被平衡之后的驱动力,进而满足其速度和加速度要求,并提高其定位精度,这对于保障机床稳定性及精度的保持都有很大的意义。本文以超精密机床垂直运动部件的重力平衡系统为研究对象,主要对以下几个方面进行了研究：1.根据超精密机床的工作特性等因素,选择利用气压传动来构建垂直运动部件的重力平衡系统。用一个简单的气动实验模型来模拟气动平衡系统在超精密机床上的使用,提出了无摩擦气缸和密封气腔实时精密恒压控制两大关键技术难点。2.根据气动平衡系统所涉及到的相关气动技术,对低摩擦气缸、气动比例伺服阀、压力伺服控制系统和控制策略这四个方面进行了比较分析。3.通过研究低摩擦气缸的发展,结合气体润滑理论,并依据气缸的基本结构,提出了一种全方位、全工况气体悬浮支撑的无摩擦快速响应平衡装置。该装置利用柔性环节,结合锥面、球面垫圈对试件进行重力平衡,更赋予了其独一无二的偏心自动调节能力。并对该装置进行了理论参数设计分析,为之后的结构仿真参数优化奠定理论基础。4.通过研究气动伺服控制理论,提出用智能模糊PID算法对无摩擦快速响应平衡装置的密封气腔进行实时精密恒压控制。为减少研发周期和成本,本课题选取了基于智能模糊PID控制器工作的精密比例伺服阀。5.根据气压传动的基本理论和电气比例阀优秀的工作特性,结合无摩擦快速响应平衡装置的工作需求,研究提出了一种精密气压平衡卸荷伺服气动系统,并从理论上分析了该气动系统优越的工作性能。6.研究智能模糊PID控制器的工作原理和设计方法,通过对气动回路的工作机制进行仿真实验,以检验智能模糊PID控制相对于PID控制的优越性,从侧面证明了该气动平衡系统对气缸气腔进行实时精密恒压控制出色的工作特性。7.对无摩擦快速响应平衡装置的基本参数进行测量校对,验证了其加工装配的正确性。搭建气动平衡系统实验平台,并用拉力传感器、压力传感器对无摩擦快速响应平衡装置的摩擦力及低摩擦快速平衡卸荷模糊控制精密伺服系统的响应时间、抗干扰能力、工作平稳性以及被平衡之后试件的移动阻力等特性参数进行了测定。对实验结果进行研究分析,验证了所提出来的低摩擦快速平衡卸荷模糊控制精密伺服系统能充分发挥智能模糊PID算法优异的工作特性,能很好的完成超精密机床垂直运动组件的配重任务。
【关键词】：智能模糊PID 精密伺服 无摩擦气缸 平衡卸荷系统 系统仿真
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502;TP273.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 课题来源14
• 1.2 研究的背景及意义14
• 1.3 垂直运动部件重力平衡方法的研究14-19
• 1.3.1 机床平衡方法的选择14-17
• 1.3.2 气动平衡系统的原理及其关键技术17-19
• 1.4 气动相关技术的研究19-26
• 1.4.1 低摩擦气缸的研究进展19-22
• 1.4.2 电气比例阀的研究22-24
• 1.4.3 压力伺服控制系统的研究24-25
• 1.4.4 气动伺服控制策略的研究25-26
• 1.5 论文主要研究内容26-27
• 1.6 本章小结27-28
• 第二章 无摩擦快速响应平衡装置的设计研究28-54
• 2.1 设计理论28
• 2.2 结构模型的提出及工作机制的研究28-35
• 2.2.1 结构模型的提出28-33
• 2.2.2 工作机制的介绍33-35
• 2.3 气体间隙流动数学模型35-42
• 2.3.1 周向展开35-36
• 2.3.2 假设条件36
• 2.3.3 间隙流动的非线性模型36-40
• 2.3.4 气体泄漏流量和压力的分布计算40
• 2.3.5 径向承载能力计算40-42
• 2.3.6 活塞的力平衡方程42
• 2.4 设计过程研究42-53
• 2.4.1 技术指标的确定42-43
• 2.4.2 气悬浮支撑部分设计研究43-53
• 2.4.3 气缸材料的确定53
• 2.5 本章小结53-54
• 第三章 精密气压平衡卸荷伺服气动系统的理论研究54-62
• 3.1 高精度比例伺服阀选择的必要性54
• 3.2 电气比例伺服阀的选择54-58
• 3.2.1 基本特点55
• 3.2.2 型号的确定及控制方式的介绍55
• 3.2.3 控制机理及相关技术参数55-58
• 3.3 气动回路的设计研究58-60
• 3.3.1 气动回路的提出58-59
• 3.3.2 各元器件的作用59-60
• 3.3.3 工作机制的介绍60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 气动平衡系统的智能模糊PID控制研究62-76
• 4.1 气动回路的控制策略62
• 4.2 PID控制基本理论62-64
• 4.2.1 模糊控制的基本理论63
• 4.2.2 模糊控制的组成63-64
• 4.2.3 模糊PID控制原理64
• 4.3 模糊PID控制的策略研究64-70
• 4.3.1 模糊控制规则的设计64-66
• 4.3.2 建立模糊PID控制规则66-68
• 4.3.3 模糊推理68
• 4.3.4 解模糊68-70
• 4.4 控制系统的仿真70-75
• 4.4.1 PID控制仿真模型71
• 4.4.2 模糊PID控制仿真模型71
• 4.4.3 模糊控制器的设计71-73
• 4.4.4 仿真结果分析73-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 气动平衡系统的实验研究76-100
• 5.1 气源的选用76-77
• 5.2 无摩擦快速响应平衡装置的参数校对77-82
• 5.2.1 气浮支撑机制的初步校验77-78
• 5.2.2 气膜厚度的测量78-79
• 5.2.3 节流器出气孔的压力测量79-81
• 5.2.4 气悬浮机制耗气量的测定81-82
• 5.3 平台搭建与实验研究82-97
• 5.3.1 概念设计与测量方案83-89
• 5.3.2 实验研究89-97
• 5.4 本章小结97-100
• 总结与展望100-102
• 总结100
• 展望100-102
• 参考文献102-108
• 攻读学位期间取得的成果108-110
• 致谢110

【参考文献】

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