重复控制及其在变速非圆车削中的应用

为了提高变速非圆车削中直线伺服单元的跟踪精度和鲁棒性 ,建立了变速非圆车削的进给驱动直线电机、运动控制目标函数、主轴变速、切削力等的数学模型 ,分析了主轴变速精度对直线伺服单元控制的影响。应用重复控制理论设计了适于直线伺服单元的重复控制器 ,给出了详细的设计过程和稳定性分析 ,对控制器的性能进行了仿真分析。结果表明 ,基于重复控制的直线伺服单元能很好地跟踪变速非圆车削中刀具运动的目标值 ,能抑制波动的切削力对跟踪精度的影响。     

基于自抗扰控制的变速非圆车削技术研究

为了抑制非圆截面工件加工时的颤振,将变速加工应用于非圆截面车削中,设计了变速车削系统结构,分析了变速车削抑制颤振、提高稳定性的机理,设计了适于变速非圆车削的直线伺服单元,单元控制采用自抗扰控制技术.车床控制系统采用PMAC(Programmable multi-axis controller)时基控制法,实现刀具驱动进给和工件变速旋转的协调控制,完成非圆截面的变速车削.结果表明,直线伺服单元能很好地跟踪刀具目标值,非圆截面车削加工精度和稳定性得到了提高.     

集成制造系统中基于重复控制的直线伺服单元

重复控制的直线伺服单元主要适合于跟踪快速变化的周期性信号，其输出为期望的周期性直线机械运动。这种运动在ＣＩＭＳ上的自动化设备中较为常见。文章介绍了永磁直线伺服单元的机械结构及重复控制的基本原理；给出了重复控制的直线伺服单元的典型应用场合和实例。     

基于Windows 2000的非圆截面车削数控系统

提出了基于Windows 2000以及高速实时串行总线的非圆截面车削数控系统结构。系统由普通数控功能扩展非圆加工模块实现。PC机与信号接口板联合实现普通数控功能，数控系统的实时性在Windows 2000平台下通过设备驱动程序配合高速实时串行总线实现。为实现直径方向的高速往复运动，非圆截面车削通过在X方向叠加U轴来实现非圆车削的直线进给运动，由专用直线伺服模块完成。刀架进给机构采用超磁致伸缩直线位移驱动器。直线伺服模块跟踪主轴编码器角度确定非圆加工刀具进给量。数控系统在中凸变椭圆活塞表面加工生产线投入应用，加工结果证明了系统的实用性。     

基于二次型性能指标的PMLSM单神经元自适应PID控制

为了满足数控机床用永磁直线同步电动机(PMLSM)位置伺服和速度控制的性能要求,抑制参数摄动和负载扰动等不确定因素对伺服单元的影响,在建立PMLSM数学模型的基础上,引入二次型性能指标,设计了单神经元自适应PID速度控制器.仿真结果表明,对于永磁直线同步电动机,采用该控制器获得的跟踪精度、响应速度和自适应性等方面具有明显的改善.     

直线伺服系统时滞参数辨识与补偿研究

为解决直线伺服固有时滞特性对轨迹跟踪性能的影响,以典型的前馈加反馈二自由度控制结构为基础,分析直线伺服时滞特性对其轨迹跟踪精度的影响。在此基础上设计了前馈环节上的时滞控制器,之后针对时滞控制器位于前馈通道时作为一个超前环节控制上无法实现的问题,将时滞参数分为两部分,分别调节理想轨迹指令按照整数倍伺服周期延时及前馈控制信号滤波延时以达到时滞补偿的目的,引入牛顿迭代寻优进行最优时滞参数辨识。仿真与试验结果表明,在前馈加反馈二自由度控制的基础上加入时滞控制器可以有效减小直线伺服系统的闭环位置跟踪误差,特别是显著减小非零加加速度段的闭环位置跟踪误差,提高轨迹跟踪性能。     

非圆截面开放式数控车削系统的研究

针对目前非圆截面车削数控系统专用性强、成本高、维修困难等问题，提出了面向用户的开放式设计方法。它是以车削非圆型面的专用数控模块为核心，派生出各种通用CNC功能，各数控功能模块的接口对用户开放。根据非圆型面的车削成型机理，在开放式的数控系统中采用多中断系统来实现两接不同的伺服控制（直线伺服和位置伺服控制）的时序关系，以完成非圆截面的自动车削。     

基于PCI的直线伺服控制系统在非圆加工中的应用研究

快速伺服刀架是非圆加工过程中非圆截面生成的关键部件,要求控制系统具有很高的响应频率和实时性能。文章设计了一种基于PCI总线的直线伺服控制系统,采用双口RAM进行DSP与上位机之间的高速通信,并实现快速刀架的精密位置跟踪控制。对控制器的硬件结构及软件系统进行了设计,实验结果表明设计的直线伺服控制系统能够满足非圆加工的需求。     

新型直线回转式快刀伺服装置的性能测试与分析

基于快刀伺服的金刚石车削技术是光学自由曲面、非圆柱面和微结构表面等方面高效率、高精度的加工技术,受到国内外的广泛关注。在该技术中,随着被加工曲面面型的变化,刀具的瞬态工作前角会实时发生变化,而影响刀具磨损、切削力的变化以及切削稳定性。设计一套直线回转式快刀伺服装置,可在自由曲面车削中实现刀具工作前角的调整。该装置实现了亚微米级的工作精度和10nm的运动分辨率。试验测试的结果表明该装置具有了良好的工作性能。     

垂直运动永磁同步直线电机的复合控制研究

为了改善永磁同步直线电机在数控珩磨机主轴往复运动时的伺服性能,建立了永磁同步直线电机的数学模型。通过对直线电机运动系统数学模型进行分析,得出系统参数摄动、推力波动、负载扰动等不确定因素是造成控制性能下降的主要因素。提出以典型三闭环PID控制、前馈控制和干扰观测器相结合的复合控制结构来提高系统的控制性能,并对控制器进行设计。在MATLAB中对控制系统进行建模和仿真,仿真结果表明,采用复合控制后,系统可以达到较好的抗干扰效果,基本上消除了响应滞后,能准确的跟踪输入信号。     

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。     

机床直线进给系统性能测试平台的测控系统设计

为了研究机床直线进给系统的性能,设计了一种测试平台。其控制系统包括电机驱动、随动加载电机控制和气动控制,测量系统包括传感器布局和测量软件开发。设计了控制电路和控制器,以控制被测进给单元和随动加载单元的同步直线进给运动;采用气压缸模拟切削力,对被测进给单元在三个方向上施加随动力;合理布局温度、位移、加速度、扭矩、光栅传感器,以实现对被测进给单元各项性能参数的测试;开发了测量软件,用于采集传感器信号和分析被测进给单元的性能参数。应用设计的测控系统,测试并分析了切削力对直线进给系统温升和热误差的影响。结果表明:所设计的测试平台及其测控系统可以用于测试机床直线进给系统的各项性能。     

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.     

高速机床直线电机进给系统的模糊推理自校正控制

本文设计了模糊推理自校正控制器，以提高高速机床直线电机进给伺服控制系统的伺服性能，MATLAB软件对比仿真结果表明，此模糊控制器具有较高的抗干扰能力和跟踪性能。     

用金刚石刀超精车削光学非球面镜

文章介绍了用金刚石刀超精车削光学非球面镜的方法。分析了在超精车削中影响镜头表面光洁度和圆度、面形精度的因素,其中介绍了机床主轴的非同步误差对表面光洁度的影响,并系统分析产生非同步误差运动的原因和降低非同步误差值的方法;为消除工件装卡变形对加工镜头精度的影响,加工中采用逐点趋近法分步消除工件的装卡变形,从而达到镜头圆度为0.35μm的高精度。     

非圆数控车削基于DSP的直线电动机控制器设计

车削加工非圆工件时,需要X轴跟踪主轴运动做协调往复运动。为满足进给机构控制系统实时性要求,设计了基于DSP的直线电动机控制器。提出采用FIFO机制与上位机接口板进行SPI高速通讯的通讯机制。对控制器的硬件结构与软件系统进行了设计。     

基于重复控制的静压轴承-主轴系统非圆轴心轨迹成型技术研究

非圆轴心轨迹成型技术可用于异形曲面加工等特殊用途。为提高非圆轴心轨迹的成型精度,提出了可控静压轴承主轴系统的重复控制方法。可控静压轴承主轴系统是一个多变量耦合系统,模型复杂。为了便于控制器的设计,对系统原有线性参变模型进行了简化,建立了线性解耦模型。根据非圆轴心轨迹成型的特点,将重复控制器引入原PI控制系统,并根据稳定性准则,设计了重复控制器各参数,同时,为保证系统对非圆轨迹的跟踪精度,分析了增益参数对系统稳定性和性能之间的影响。最后建立了可控静压轴承主轴仿真与实验系统,并将重复控制与传统PI控制策略进行了对比。结果表明,该重复控制系统具有较强的鲁棒性且稳态误差更小,控制精度相较于PI控制系统有显著的提升。     

异型活塞型面高速数控车削系统

分析了两类内燃机异型活塞型面及其数据和表达式的处理方法；介绍了异型活塞高速数控加工的原理和方法，给出了系统的基本框图。指出高速直线伺服机构是异型活塞高速数控加工的关键，介绍了永磁直线伺服单元的结构；给出了重复控制的基本原理并介绍了重复控制器。     

活塞环数控车床控制系统的研究

对扬州大学机电研究所开发的活塞环数控车床进行数控系统研究。该系统是由工业PC和多轴运动控制器构成两级控制,上位机负责系统界面管理等非实时性作业,下位机负责运动控制、PLC逻辑控制等实时控制任务。通过基于时基的电子靠模实现主轴旋转和径向进给直线伺服电动机的协调控制,完成各种活塞环型线的加工,具有较好的高频响应特性,满足活塞环车削对数控系统的功能要求。     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。