本文關鍵詞：龍門數(shù)控機床主軸進給驅動機電耦合特性研究

  更多相關文章： 龍門數(shù)控機床 主軸進給驅動 機電耦合 建模 仿真分析 控制算法

【摘要】：隨著我國航空航天、船舶、核電等裝備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,對大型復雜零部件的需求日益增長,龍門數(shù)控機床因此得到了廣泛的應用。主軸進給驅動是龍門數(shù)控機床實現(xiàn)加工過程的關鍵,其動態(tài)性能對龍門數(shù)控機床的加工精度有很大影響。因此,主軸進給驅動動態(tài)性能分析得到了廣泛關注。主軸進給驅動功能的實現(xiàn)是機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)協(xié)同工作的結果,二者間存在耦合作用進一步影響其動態(tài)性能。目前,國內外對加工中心機電耦合機理與建模的研究還不多。因此,本文以五軸聯(lián)動龍門數(shù)控機床QLM27100的主軸進給驅動為研究對象,對其進行機電耦合建模、分析以及控制算法研究以提高主軸進給驅動的動態(tài)性能,進而提高機床加工精度。論文的主要研究成果如下:(1)分析了主軸進給驅動系統(tǒng)中存在的三種機電耦合類型以及參與耦合的機械參量和控制參量之間的影響關系。建立了基于位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)控制的主軸進給驅動機電耦合模型。(2)利用虛擬樣機技術,以三維CAD軟件Solidworks、動力學分析軟件ADAMS、有限元分析軟件ANSYS建立虛擬仿真環(huán)境,建立主軸進給系統(tǒng)剛柔耦合模型。通過模態(tài)實驗識別出導軌滑塊結合面的剛度、阻尼值,并應用于虛擬樣機模型中。(3)搭建了基于ADAMS與MATLAB聯(lián)合仿真的主軸進給驅動機電耦合模型。整定了位置環(huán)控制器、速度環(huán)控制器和電流環(huán)控制器PID參數(shù),并對整個系統(tǒng)動態(tài)性能進行了仿真分析。仿真結果表明,電氣控制參數(shù)、擾動頻率影響系統(tǒng)振動特性,而移動部件質量影響系統(tǒng)響應特性。(4)主軸進給驅動的動態(tài)特性在很大程度上取決于控制器性能的優(yōu)劣,針對高速高精度加工技術對數(shù)控速度伺服系統(tǒng)的控制性能提出的更高要求等問題,提出了一種基于RBF適配器實時補償?shù)膹秃峡刂撇呗?并與傳統(tǒng)速度環(huán)PI控制器控制效果進行了比較。仿真分析表明,在同樣的條件下,本文所設計的自適應控制方案優(yōu)于普適的三環(huán)PID控制,且在該控制器作用下,能有效的抗擊干擾信號的擾動。不論有無擾動,都能實現(xiàn)位置跟蹤誤差控制在0.3?m之內,速度跟蹤誤差在1.5?m以下。
【關鍵詞】：龍門數(shù)控機床 主軸進給驅動 機電耦合 建模 仿真分析 控制算法
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 課題研究的背景14-15
• 1.2 國內外相關領域研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 進給驅動及其控制算法研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 機電耦合仿真研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 研究問題的提出20-21
• 1.4 課題研究內容21-23
• 第二章 龍門數(shù)控機床主軸進給驅動機電耦合分析23-35
• 2.1 機電耦合類型24
• 2.2 機電耦合參數(shù)的提取24-27
• 2.3 耦合模型建立與仿真方法確定27-33
• 2.3.1 主軸進給驅動的耦合建模27-32
• 2.3.2 機電耦合仿真方法確定32-33
• 2.4 本章小結33-35
• 第三章 龍門數(shù)控機床主軸進給系統(tǒng)剛柔耦合建模35-46
• 3.1 主軸進給系統(tǒng)結構分析35
• 3.2 基于ADAMS的剛柔耦合建模35-42
• 3.2.1 虛擬樣機模型建立36-37
• 3.2.2 滑枕、滾珠絲杠有限元柔性體建模37-39
• 3.2.3 非線性因素考慮39-42
• 3.3 基于ADAMS的仿真分析42-45
• 3.4 本章小結45-46
• 第四章 龍門數(shù)控機床主軸進給驅動機電耦合建模與分析46-62
• 4.1 機電耦合仿真原理46-47
• 4.2 伺服控制系統(tǒng)建模47-55
• 4.2.0 交流永磁同步電機建模47-51
• 4.2.1 電流環(huán)建模與參數(shù)整定51-52
• 4.2.2 速度環(huán)建模與參數(shù)整定52-53
• 4.2.3 位置環(huán)建模與參數(shù)整定53-55
• 4.3 主軸進給驅動機電耦合仿真建模與分析55-60
• 4.3.1 仿真模型建立55-56
• 4.3.2 仿真結果分析56-60
• 4.4 本章小結60-62
• 第五章 龍門數(shù)控機床主軸進給驅動控制策略研究62-76
• 5.1 概述62
• 5.2 主軸進給驅動控制系統(tǒng)非線性數(shù)學模型62-65
• 5.3 基于RBF實時補償?shù)淖赃m應復合控制算法研究65-68
• 5.3.1 前饋控制設計65-66
• 5.3.2 PID反饋控制及其整定66-67
• 5.3.3 徑向基函數(shù)誤差補償67-68
• 5.4 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析68-69
• 5.5 數(shù)值仿真及分析69-74
• 5.5.1 基于自適應RBF控制仿真分析69-73
• 5.5.2 對比分析73-74
• 5.6 本章小結74-76
• 第六章 總結與展望76-78
• 6.1 工作總結76
• 6.2 研究展望76-78
• 參考文獻78-82
• 致謝82-83
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文83

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