采用伺服电机的电子凸轮控制系统设计

针对传统机械凸轮存在的难加工、易磨损、难维护的问题,采用伺服电机设计了电子凸轮先进控制系统。该系统硬件采用德国倍福伺服运动控制实验平台,由嵌入式PC、数字伺服驱动器、永磁同步伺服电机、滚珠丝杠直线平台等组成,控制系统采用位置环、速度环、电流环三环控制模式,根据内部虚拟主轴的位移和电子凸轮表插值计算出了从轴伺服电机的位置指令、速度指令,模拟实际凸轮轨迹实现滚珠丝杠直线往复运动,并在上升和下降阶段采用五次多项式作为插值函数,保证了速度曲线、加速度曲线存在且连续,提高了机构运动性能。实验结果表明,采用电子凸轮方案后,丝杠在位移精度和反应速度方面均能获得良好效果,可以把跟随误差控制在0.005 mm内,证明采用电子凸轮代替原有机械直动推杆凸轮是可行的。     

基于Pro/E关系式的凸轮轮廓曲线精确设计

凸轮机构实现推杆预期运动规律依赖于凸轮轮廓曲线,凸轮机构设计的主要任务是凸轮轮廓曲线的精确设计.在高速精密自动机械中凸轮机构凸轮轮廓曲线异常复杂,给凸轮三维精确建模造成了困难,且精度较低的凸轮轮廓曲线不能满足凸轮后续CAM和CAE的要求.凸轮轮廓曲线的设计原理是根据工作所要求的推杆运动规律,导出凸轮转角与推杆位移之间的关系式,用函数关系式捕捉设计意图.根据关系式计算出凸轮轮廓曲线上各点的坐标值,保证生成凸轮轮廓曲线的精确性.按照该理论,提出了2种应用Pro/E三维造型软件精确设计凸轮轮廓曲线的方法.     

一种求凸轮推杆位移曲线的方法

凸轮机构推杆的位移曲线决定于凸轮轮廓曲线，设计时一般都是按预期的运动规律来选定，并都能用数学解析式来表达，但在测绘一个凸轮机构时，一般无法知道其运动规律，只能测得与凸轮转角xi对应的一组位移值yi，并以列表的形式表示出来。这对于需要进一步对凸轮进行分析研究并控制其运动以及提高其制造精度等，就显得十分困难。本文试图用数学分析的方法，对于已知凸轮推杆的一组位移值yi，给出一种相当精确的推杆位移曲线y＝f（x）求解方法。一、理论根据一般说来，工程实践中的一些测定结果，都能组成一定的函数关系，并用一个固定的公式…     

卷烟包装机电子凸轮控制系统设计

以卷烟包装机械的推烟凸轮为研究对象,通过搭建伺服控制实验平台,进行电子凸轮设计,实现推烟杆的直线往复运动。设计采用软PLC技术、速度前馈策略和串联PID控制系统对伺服电机进行精确的速度与位移控制。通过分析实验数据可知,电子凸轮技术能够提升推烟凸轮的反应速度并且得到更高的位移精度,验证了使用电子凸轮技术能够很好地替代原有机械推烟凸轮。     

基于AB运动控制系统的凸轮曲线研究

针对机械运动件在高速运行下保证平滑性的控制问题,比较了传统凸轮曲线的控制方法,研究了五次多项式和正余弦修正的两种凸轮曲线的算法,提出了针对位置定位和速度定位两种场合下对应合适的应用曲线。在基于AB运动控制系统的基础上设计出了适用于高速运行的电子凸轮控制方案。通过实验模拟了运动在不同场合下的两种凸轮曲线的作用效果,测试记录了速度、电流等实际输出曲线。研究结果表明,电机运行在这两种凸轮轨迹下,不仅在加速度及加加速度上能够保证连续性、使系统不会产生冲击,并且在其曲线的过渡过程中也能保证平滑性、使系统运行更为稳定、使用寿命更长。     

基于Matlab的凸轮机构等速运动规律修正策略研究

等速运动规律是凸轮机构中常用的一种推杆运动规律。为改善凸轮机构等速运动规律的运动特性,增强工作的稳定性,提出了一种等速运动规律修正策略,设计了一种组合运动规律,能同时满足推杆按等速运动规律运动,并且加速度不产生突变的要求,消除了推杆运动中的刚性冲击和柔性冲击,利用Matlab进行了凸轮机构运动学仿真,并结合Pro/E和Matlab进行了凸轮机构轮廓曲线的精确设计。仿真结果表明,修正等速运动规律的运动特性得到了显著的改善。     

电子凸轮取置机械手及其控制系统设计

针对传统凸轮机械手中的凸轮机构易磨损、输出动作缺乏柔性且运动轨迹单一等问题,提出一种新型电子凸轮取置机械手的设计方案,同时搭建了电子凸轮控制系统软、硬件平台。其中,以机械手输出凸轮机构多项式运动规律为例,推导出伺服系统输出脉冲数与从动件运动规律之间的关系;利用PMsoft软件编写程序并输出电子凸轮曲线,该曲线符合预期的多项式运动规律。根据不同生产要求,该系统可以通过更改电子凸轮的参数设置来改变输出运动曲线。为机械手输出运动过程的柔性化、轨迹的多样化提供了设计方法和实例。     

基于柔性加减速的重载运动平台的模糊PID控制

重载运动平台属于大惯量伺服运动系统,并且受到固有非线性摩擦的影响,常规的PID控制受摩擦干扰时控制效果不稳定,精度不高,且容易引起振荡,造成机械损伤,缩短机械结构的使用寿命。同时重载运动系统若直接对目标位置进行跟踪会有过大的超调,更难以保证高精度运动。针对这些情况,提出一种基于柔性加减速的模糊PID控制,对待测点之间的运动选择具有柔性加减速的跟踪轨迹曲线。仿真证明,该方法在提高控制精度的同时大大降低了系统振荡,获得了比常规PID更好的控制效果,有效地改善了系统的性能。     

电子凸轮驱动多杆机构的轨迹规划方法研究

采用多轴同步伺服驱动技术替代传统机械传动技术是复杂包装机械的一个发展趋势,针对包装过程中执行端高速往复的运动要求,提出了一种利用电子凸轮驱动多杆机构的设计方法。重点论述了电子凸轮的曲线规划方法,采用NURBS曲线方法建立凸轮运动的数学模型,得到平滑的凸轮运动曲线。仿真及实验表明,采用NURBS曲线拟合方法满足速度、加速度以及多轴同步要求,保证推送运动平稳无冲击,同时提高输出柔性。     

盘形凸轮机构虚拟样机设计与运动仿真

以直动尖顶推杆盘形凸轮机构建模为例,在CATIA中以知识工程为基础,对盘形凸轮轮廓曲线的参数化设计进行研究,创建凸轮机构的虚拟样机,并通过运动仿真分析推杆的实际运动规律,验证了凸轮轮廓形状的准确性,为凸轮机构设计和工程分析提供了精确建模方法.     

数控随动磨床加工凸轮方法及其精度补偿策略

针对凸轮随动磨削中因工件轴转速差、伺服系统响应偏差、硬件制造误差等重复性误差影响因素造成的零件制造精度下降问题,将在线测量技术和Sinumerik 840D数控系统的插补表与电子齿轮功能应用到机床运动控制系统中,开展了随动磨削工艺的运动轨迹和控制方案分析,提出了由内嵌在系统PCU上的VB程序来处理在线测量获得的360个离散误差补偿数值,自动生成带插补表与电子齿轮功能的专用加工程序,利用同轴运动叠加控制方法,把补偿值叠加到进给轴上,使带误差补偿数据的凸轮加工NC程序不断根据实际加工状态更新,最后在工程样机上进行了磨削试验。试验结果表明,发动机凸轮轴的廓型最大加工误差降到了2.6μm以下,残余误差主要来源为机械振动、非线性摩擦扰动等随机性偏差。该运动控制和误差补偿方法能在实际加工中较好地补偿重复性误差因素对工件精度产生的影响。     

基于互补滑模的起重机械电机位置伺服控制

以提升起重机械电机位置控制响应精度为目标,提出基于互补滑模的起重机械电机位置伺服控制方法。通过构建起重机械电机数学模型,分析位置伺服控制器状态和机械运动状况,以固定结构控制位置响应的加、减速过程,以互补滑模变结构控制位置响应匀速过程,确定起重机械电机的速度曲线,利用阶梯型曲线逼近指数型曲线,实现起重机械电机速度控制,并设计三阶线性扩张状态观测器( ESO )预估位置伺服控制器的各状态量,消除伺服控制的噪声及抖振,提升起重机械电机的位置互补滑模伺服控制效果。实验结果表明,低速空载、负载下电流曲线光滑、无频率波动,该方法在不同给定脉冲下均可实现位置伺服控制的快速响应,定位准确度高且无超调,位置伺服控制效果突出。     

电子凸轮控制技术的应用

电子凸轮既具备了机械凸轮机构分度运动的特点又有输出运动可控的特点,在现实生产中可以通过改变控制算法实现多种运动规律,提高了生产效率,节约了成本。本文介绍了以三菱PLC为核心,伺服电机为执行件的电子凸轮应用。     

架空高压输电线自动爬行机器人的研制

研制了一台沿架空高压输电导线自动爬行和跨越障碍物的机器人。机器人的承重行走采用伞形轮来实现，伞形轮的越障运动由槽凸轮机构控制。机器人的爬行运动采用行程放大机构和抓握机构来实现，爬行的协调运动和抓紧力的自适应控制由集成电液伺服系统实现。机器人可携载检测和通信设备，对输电线路进行巡检作业。     

基于单片机的随动控制系统设计

介绍了以51单片机为控制核心的数字式随动控制系统的硬件组成及软件设计。整个系统为一个三闭环的复杂多功能控制系统。其中两个模拟内环为电流环和速度环，数字外环（位置环）采用三只高精度的14位绝对式轴角编码器作为角位移传感器。该系统具有结构简单，接口功能强大，通用性强等特点，可广泛应用于负载较大的机电设备的伺服控制中。     

簇绒地毯织机伺服横动提花系统的研究

提出基于伺服电机和电子凸轮型运动控制器驱动控制的簇绒地毯织机横动提花系统。阐述了横动提花原理、系统硬件结构、花型设计软件等,建立了横动补偿系统的数学模型,并得出理论补偿量的计算公式。该系统实现了通过控制伺服电机驱动滚珠丝杠,实现直线往复运动,从而带动针排按给定花型规律进行横动提花,是对传统机械式共轭凸轮的数字化升级,满足了复杂花型提花要求和多花型快速转换,提高了产品的质量和生产速度。     

基于参数对比的凸轮转子伺服马达优化设计

针对目前用于连续回转伺服驱动的液压马达品种类型不多的特点,对一种新型的凸轮转子叶片马达进行了研究,提出了基于参数对比的伺服马达优化设计方法。通过对过渡曲线压力角、马达排量公式、马达瞬时流量脉动率以及凸轮正压力的解析式推导及分析,得出了压力角与凸轮大小半径、马达排量与凸轮轴向长度、流量脉动率与叶片厚度以及凸轮正压力与叶片径向长度之间的关系。通过仿真时的参数对比,得到了马达最关键的两个零件即凸轮转子和叶片的优化参数。基于该优化参数设计的液压凸轮转子叶片马达被成功地应用到连续回转电液伺服系统中,并得到了良好的伺服精度,从而证明了马达参数优化设计的可行性和有效性。     

基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法

针对爬壁机器人实际与理想作业位置偏差过大的问题,提出了基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法。通过分析爬壁机器人的运动状态,构建爬壁机器人的运动学模型,获取爬壁机器人的运动规律和其位姿变化特征。运用智能PID算法对爬壁机器人的位置实施伺服控制,利用遗传算法不断调节机器人控制参数,得到最佳适应度函数,生成全局最优的PID控制参数。根据爬壁机器人运动状态得出控制终止条件,获取最终的位置伺服控制结果,实现爬壁机器人位置伺服控制。实验结果表明,所提方法的位置伺服控制稳定性较好,能够有效提高位置伺服控制精度,增强抗干扰性。     

凸轮数控车削系统关键技术的研究

研究了基于数控车削加工凸轮的方法,并对数控车削凸轮的关键技术进行研究,提出了有效的方法,为凸轮的高效率加工提供了一个新的途径。一般在凸轮数控车削加工过程中,切削角与切削速度随加工凸轮轮廓位置不同会发生很大变化,为了实现切削角随凸轮轮廓位置实时变化,采用了高频响直线伺服电动机驱动刀具高频摆动的方法,实现刀具的位置实时控制。凸轮的轮廓是一个非圆截面,为了生成凸轮非圆截面,采用高频响直线伺服电动机驱动刀具往复高速运动,实现凸轮非圆截面的生成。车削凸轮时,切削速度一般需要保持恒定,这样有利于刀具的寿命延长,并保证凸轮表面的粗糙度,为了实现凸轮车削的恒定线速度,采用变主轴转速的车削方法,解决这个重要的切削工艺问题。