半闭环三轴机床静态解耦轮廓控制及螺距误差补偿

为提高半闭环三轴机床加工精度,首先提出单伺服轴的螺距误差补偿方法;在建立半闭环三轴机床解耦轮廓系统模型基础上,研究了静态解耦轮廓控制器的设计,并在所提出的静态解耦轮廓控制系统上实现了螺距误差补偿.实验结果表明,算法有效地实现了轮廓的切线、法线和副法线方向的解耦跟踪控制.加入螺距补偿后,机床加工半球的最大圆度误差由55μm缩小到12μm.     

光纤透镜研磨抛光的轮廓成形控制系统的研究

为了有效地减小光纤透镜的研磨抛光轮廓误差,设计一种两轴联动的交叉耦合轮廓控制器,并且针对光纤透镜研磨抛光机床的运动特点,给出了交叉耦合轮廓误差模型.然后利用Matlab软件对该交叉耦合轮廓控制的效果进行了仿真研究与分析.仿真结果表明,利用该控制器能使系统轮廓误差从0.075 μm减小到0.03 μm,但由于加入了交叉耦合器的补偿量,Z轴的跟随误差也从0.05 μm增大到0.07 μm.同时也表明两轴联动的交叉耦合控制系统远远优于单轴PID控制系统.     

实现压电致动器精密定位的模糊控制系统研究

针对压电精密定位系统的精度与实时性问题,提出一种适于压电精密定位系统的模糊控制方法,实现了压电致动器的迟滞特性和阶跃响应的实验建模。设计了压电致动器的模糊控制器,结合仿真结果,实现了基于32位嵌入式处理器S3C2410的压电精密定位模糊控制系统。测试结果表明:系统阶跃响应稳态误差小于0.1μm,调节时间在3ms以内,超调量小于20%;正弦响应误差范围为-0.24～0.20μm。     

一种多轴联动加工轮廓误差的向量计算方法

针对进给系统动态特性造成的轮廓误差,提出了一种多轴联动加工轮廓误差的向量计算方法,该方法通过实时读取数控机床的位置反馈和插补器的输入数据,实时精确计算数控机床加工过程中的轮廓误差向量。通过直线、圆和抛物线的Matlab三轴联动加工仿真对该方法进行了验证,结果表明,该轮廓误差的向量计算方法能够简单准确地计算多轴联动加工过程中由于进给系统动态特性造成的轮廓误差向量,该误差向量可用于评价数控机床多轴联动加工精度和提供误差补偿的参考数据。     

基于多层模糊控制的交叉耦合补偿方法的研究及应用

采用交叉耦合控制能有效地提高复杂曲面轮廓精度,但是传统的交叉耦合控制需要一个确定的数学模型,而且对于大于3轴的多轴交叉耦合控制,由于建模非常困难等原因,现有的研究成果比较少。在加工复杂轮廓时,由于各个轴之间的耦合强度是不同的,所以在前人研究的基础上提出基于多层模糊的交叉耦合补偿方法。该方法根据各个轴之间耦合关系的强弱对耦合层次进行划分,然后设计多层耦合控制器,对实时的轮廓误差进行补偿,更符合实际控制系统的组合规律,所以综合的控制性能更高。最终,将该方法在四轴联动对称加工机床上进行实验研究。     

基于改进PID的压电微定位平台反馈控制

为使压电微定位平台具有良好的性能,采用改进PID控制器对其进行反馈控制。首先,对压电执行器机电特性及平台动力学特性进行分析,建立并辨识出了平台动力学模型;其次,采用非饱和积分和钝化微分分别改进PID控制器中的常规积分和常规微分,以减小平台响应的超调量以及对干扰的敏感性;最后,对平台控制系统进行了仿真并实验验证了其有效性,结果表明,平台对5μm阶跃目标位移的响应为0.3 s,且无超调,稳态误差中线由无控制时的0.57~0.66μm减小为几乎为0;在跟踪由正弦信号、常值信号、斜坡信号所组成的目标位移时,跟踪误差几乎为0。改进PID控制器可消除平台的定位误差,并使平台具有较快的响应,且无超调。     

X-C直驱平台平面曲线轮廓磨削廓形误差非线性耦合控制

为提高X-C平台的曲线轮廓加工精度,引入了双轴联动耦合控制思想。根据切点跟踪加工原理,提出X,C轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,在此基础上设计了X-C直驱加工耦合控制系统。为削弱曲线轮廓X-C磨削过程中轮廓轨迹、加工速度变化、磨削力变化、控制参数等因素对轮廓精度的影响,研究非线性PID调节的控制策略来补偿控制X,C轴跟踪误差引起的廓形误差。建立了直线电机与力矩电机构成的X-C直驱加工平台仿真模型,并以凸轮加工为例进行非线性交叉耦合廓形误差补偿控制仿真实验。结果表明:与常规加工相比,所设计的非线性交叉耦合控制器能够在一定程度上提高X-C直驱平台曲线轮廓的加工精度。     

基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法

为了减小由于进给系统动态特性造成的多轴联动加工轮廓误差,提出了一种基于轮廓误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法。首先建立了关于轨迹曲率、加工速率及进给系统动态特性参数的轮廓误差模型;然后根据读取的插补数据,利用轮廓误差模型实时预测三轴联动加工过程中的轮廓误差补偿向量并对加工轨迹指令进行补偿;最后通过对圆、变曲率和螺旋线轨迹的MATLAB仿真和机床加工实验,证明该补偿方法将轮廓误差减小了85%以上,可显著提高数控机床加工精度。     

直接驱动Xy平台零相位误差跟踪新型交叉耦合控制

针对直接驱动XY平台高精密轮廓加工中存在的电气——机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配以及扰动等因素影响轮廓加工精度的问题,提出了将零相位误差跟踪控制(ZPETC)与新型交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廓误差同时减小。ZPETC作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差,进而有利于减小轮廓误差;新型交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,特别有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计。仿真和实验结果表明所设计控制系统具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度。     

曲轴非圆磨削中基于差分进化算法的变参数交叉耦合轮廓控制

曲轴非圆磨削通常采用补偿单轴伺服跟踪误差的方法来提高连杆颈轮廓加工精度,但磨削运动中大惯量砂轮架会严重影响伺服系统的高速响应性,导致单轴伺服跟踪误差补偿轮廓误差效果不理想.因此引入双轴联动交叉耦合控制思想,首先工件旋转轴与砂轮架直线轴的联动运动被近似为两根直线轴联动,并建立曲轴非圆磨削轮廓误差模型,在此模型基础上设计交叉耦合控制系统.为了弥补这种近似对非线性轨迹控制带来的不足,研究分段变参数的交叉耦合控制策略,并以工件轮廓误差最小为目标,采用差分进化(Differential evolution,DE)算法逐段对控制器参数进行优化.仿真实例结合试验表明:在基于DE算法优化的变参数交叉耦合控制下,曲轴非圆磨削理论轮廓精度较普通比例微分和积分控制或交叉耦合控制有所提高.