本文關鍵詞：基于NI控制器的單自由度快速刀具伺服裝置設計與控制

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【摘要】：光學自由曲面和微結構功能表面在民用、軍事和航空航天領域有著廣泛的應用需求,基于快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)的單點金剛石車削加工技術因其高頻率響應、高定位精度等特點,已經(jīng)成為光學自由曲面和微結構功能表面最有效的加工方法之一。目前,國外已有成熟的產(chǎn)品出售,但國內(nèi)還處于實驗室研究階段,還沒有產(chǎn)業(yè)化FTS裝置。本文總結了 FTS裝置的驅動方式、控制方法和策略,設計了一種刀具在Y軸方向高度可調(diào)的壓電陶瓷驅動單自由度FTS裝置,針對所設計裝置的特點,研究了基于NI控制器的FTS模糊PID控制系統(tǒng),對所研制FTS配備模糊PID控制算法進行控制,模糊PID控制算法可以快速動態(tài)地整定比例、微分和積分三個系數(shù),對周期性激勵信號和不確定的外界擾動控制效果優(yōu)良,適用于多數(shù)FTS裝置,本文具體將從以下幾個方面展開研究:(1)設計一種可以微調(diào)金剛石刀具高度的單自由度壓電驅動的FTS裝置,建立柔性鉸鏈剛度模型,并通過建立的剛度模型計算得到裝置固有頻率;利用本文設計裝置的具體參數(shù),對裝置關鍵部件進行有限元分析,主要涉及部件的靜力學分析和模態(tài)分析,通過分析結果與設計要求比對,逐步優(yōu)化設計參數(shù),對所設計的FTS裝置進行性能測試,主要涉及剛度測試、最大位移測試、階躍響應測試、分辨率測試,以此驗證所設計裝置的系統(tǒng)運行性能。(2)選擇模糊PID控制策略作為FTS裝置的控制算法,并且對比簡單PID控制算法和模糊控制算法。在跟蹤誤差方面,模糊PID控制跟蹤誤差幅值為0.07μm,而簡單PID的控制跟蹤誤差幅值為0.68μm,跟蹤控制精度提高9.714倍。(3)搭建FTS切削實驗平臺,將本文設計的FTS裝置安裝在Nanoform 250機床導軌上,利用模糊PID控制器控制FTS系統(tǒng),通過加工鋁合金零件的端面,并利用ZYGO白光干涉儀檢測所加工的工件面型,從加工過的面型分析本文所設計FTS裝置的切削加工性能。
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG71

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