凸轮磨削力对X-C联动位置影响研究

为了控制凸轮加工中的轮廓误差,高效、高精度地提高凸轮的廓形精度,研究影响X-C两轴联动的伺服跟踪效果。通过对凸轮轴及砂轮的受力分析,寻求磨削力对于X、C轴跟踪位置的影响关系,提高X-C联动跟踪位置的准确性。分别建立了X轴、C轴的力-变形关系数学模型,对于分析两伺服轴的跟踪位置误差提供了理论依据,以便达到很好的控制凸轮轮廓误差的目的。     

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。     

凸轮廓形误差力位融合预测与补偿控制研究

廓形误差是凸轮最重要的精度指标,由于磨削过程复杂,廓形误差通常通过离线抽检获得,难以实现在线补偿控制。提出了一种基于BP神经网络与镜面补偿凸轮磨削力-伺服滞后信息融合廓形误差预测、补偿方法。通过对凸轮磨削过程中影响廓形误差的主要因素分析,将X轴跟随误差、C轴跟随误差、磨削力三项传感器信息作为输入特征,凸轮廓形误差作为输出特征,利用BP神经网络的逼近性能和全局最优特性,建立了凸轮廓形误差预测模型,并提出了凸轮廓形误差镜面补偿方法。进行了预测模型训练与补偿验证,结果表明,该方法能够有效预测凸轮廓形误差,并提高凸轮加工廓形精度。     

回转类非圆零件轮廓误差控制技术现状

数控机床伺服系统响应的滞后影响着回转类非圆曲面零件的廓形精度,而其廓形精度作为该类零件的主要精度指标,对于设备的性能起着至关重要的作用。简单介绍了x-c两轴联动的磨削工作原理;重点介绍了数控机床各伺服轴跟踪位置控制技术和以轮廓误差为直接目标的交叉耦合控制技术现状,并提出了其他影响非圆零件轮廓误差的因素。     

凸轮X-C联动磨削廓形误差迭代学习控制

凸轮作为具有复杂型线的零件的一种,由若干曲线组成,这就导致了凸轮磨削的困难。目前加工凸轮最为常用的方法是X-C轴联动加工。根据X-C轴联动加工的运动规律可知,X、C轴单轴由于延迟导致的跟踪误差对凸轮磨削精度、廓形误差有着直接的关系。将迭代学习控制引入到X、C单轴控制中,通过减小单轴的跟踪误差的大小来减小凸轮磨削的廓形误差,提高凸轮磨削精度。     

通过直线伺服鲁棒跟踪控制方法提高轮廓加工精度

为了减小零件加工的轮廓误差,提出了一种采用直线伺服驱动的零相位跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器 (DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,使系统实现准确跟踪;基于干扰观测器的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等不确定因素,并根据预测到的干扰信息对各轴进行补偿以消除干扰对系统的影响,从而保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能,从而提高了轮廓加工精度。     

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。     

凸轮磨削力变化规律研究

为了减小凸轮的轮廓误差,以便高效、高精度地提高凸轮的轮廓廓形精度,分析了凸轮轮廓的廓形特点;基于平面磨削的理论知识,根据凸轮轮廓的特征,研究了凸轮磨削力和凸轮曲率半径的关系,进而得到磨削力随着凸轮升程变化的规律,建立了凸轮磨削力和发动机升程之间的数学模型;以直动平底从动件盘形凸轮为例,通过MATLAB软件仿真验证了所建立凸轮磨削力模型的正确性,并将研究结果和实际磨削加工测得的数据进行了对比,得到凸轮磨削力的变化趋势与计算模型的变化趋势相一致,为凸轮的X-C联动磨削加工过程控制研究提供了理论依据和新思路。     

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.     

基于采样控制理论的光电跟踪伺服系统内模控制研究

针对外部扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响,对稳定回路提出了一种两自由度内模控制,将控制器的设计转化为标准的H∞优化问题,使得系统对模型误差及参数摄动具有较强的鲁棒性。采用jump变换、提升操作等采样控制系统的理论与方法来优化设计相应的鲁棒控制器,综合考虑了系统的多采样率行为及采样点间的动态特性。仿真结果表明了所设计的控制系统具有较高的指令跟踪精度及较强的扰动抑制性能。本文的研究为高精度光电跟踪伺服控制系统的设计提供了新方法。     

凸轮轴数控磨削轮廓误差分析与补偿

在分析国内外磨削加工误差分析与补偿研究现状基础上,针对X轴和C轴两轴联动的凸轮轴数控磨削的轮廓误差提出一种轮廓误差分析和补偿策略,以提高凸轮磨削加工精度。基于凸轮轴数控磨削的X-C联动运动模型,推导了由凸轮升程表到磨削加工位移表的数学模型;指出凸轮升程与轮廓的误差变化规律在趋势上具有一致性。基于最小二乘多项式方法对多次磨削加工实验的凸轮升程误差进行一系列拟合处理,得到稳定的、可重复的凸轮升程预测误差;将升程预测误差按一定比例反向叠加到理论升程表中,采用最小二乘多项式法进行光顺,得到光顺的虚拟升程表;利用虚拟升程表对同类型凸轮轴进行磨削加工实验。实验结果表明,砂轮架速度和加速度在机床伺服响应范围之内,凸轮最大升程误差与最大相邻误差降低,凸轮轮廓表面粗糙度值满足加工要求,从而证明该误差分析和补偿方法是正确可行的。     

基于修正LuGre模型的自适应鲁棒控制在机电伺服系统中的应用

机电位置伺服系统是典型的非线性系统,且存在诸多不确定性,使得传统方法设计的闭环控制器往往不能满足系统的高性能需求。针对动态摩擦参数和系统负载特性未知的情况,为伺服系统设计一种基于动态面滤波法的自适应鲁棒跟踪策略。构造一个非线性观测器来估计摩擦力矩,利用动态面滤波器简化控制器的设计,设计自适应鲁棒控制器以提高系统的稳态控制精度及鲁棒性。基于Lyapunov稳定性定理证明闭环系统的所有信号半全局一致有界,通过适当选择设计参数及初始化误差变量,跟踪误差可收敛到原点的一个任意小邻域内。仿真和试验结果表明,该控制器能够能有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,显著提高了系统的控制精度,为提高伺服系统的动态跟踪性能奠定基础。     

电液位置伺服系统模型辨识与非线性控制

针对电液伺服系统非线性、参数时变的特点,为提高系统的性能,首先介绍了电液位置伺服控制系统的组成与工作原理,讨论了系统的非线性数学模型,利用实时工作间(RTW)的半实物仿真环境和MATLAB系统辨识工具箱,对电液位置伺服系统进行了系统模型辨识及验证。在此基础上,以辨识得到的模型为控制对象提出了一种Bang-Bang与模糊PID非线性控制方案,与传统PID以及模糊PID控制方法进行了仿真比较。结果表明,采用Bang-Bang与模糊PID复合控制,在系统参数变化、外界扰动的影响下,系统的快速性提高,稳态误差得到消除,具有较好的动态鲁棒性能。     

非圆曲面XY直驱加工廓形误差交叉耦合控制

XY直驱平台加工非圆零件时,X、Y轴跟踪误差并不能直接反映廓形误差,且廓形误差的方向与跟随误差及轮廓的凹凸性密切相关,廓形误差补偿困难。针对该问题,分析了XY平台非圆零件加工机理,提出了外表面与内表面廓形加工X、Y轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,并根据该模型设计了前馈交叉耦合控制器补偿廓形误差。建立了直线电机XY加工仿真模型,以修正心形曲面外表面与内表面轮廓加工为例,进行了常规加工与前馈交叉耦合廓形误差补偿控制对比仿真实验,并采用刀具轨迹法对仿真结果进行了进一步验证。结果表明,耦合误差计算模型具有很高的准确性,所设计的前馈交叉耦合控制器能够有效提高XY直驱平台的非圆轮廓加工精度。     

随动磨削曲轴表面异常轮廓误差去除方法

在高精度随动曲轴磨床中,为控制曲轴加工轮廓误差常采用预补偿的方法,如果测量时工件上有磨屑、毛刺等干扰将在测量结果中引入明显的异常轮廓,采用传统的高斯滤波器对数据进行处理将极大地影响轮廓误差的补偿精度,甚至导致废品出现。针对这一问题,给出了适用于闭轮廓的高斯滤波器、Rk滤波器和鲁棒高斯回归滤波器的理论模型。分别应用3种滤波器,对比分析结果可知,鲁棒高斯回归滤波器去除异常轮廓误差效果最理想,并通过人为改变异常轮廓的尺度,进一步验证鲁棒高斯回归滤波器的适应性和可靠性。该滤波方法集成到随动曲轴磨床软件中,实现异常轮廓的自动去除,提高了补偿效率,有效保证了曲轴磨削轮廓的误差精度。     

基于FANUC 31i数控系统的凸轮磨削方法

围绕凸轮轴随动磨削原理求解凸轮随动磨削中磨削运动参数,对FANUC31i开放式数控系统的高速切削循环功能以及学习控制原理进行研究,在MK8340高速凸轮轴随动磨床上进行试验验证。通过宏执行器以高速脉冲形式将磨削运动参数分配存储至系统P-Code变量中,结合高速切削循环功能实现了凸轮轴随动磨削运动,并采用学习功能完成了伺服控制器的自学习优化,进而改善了凸轮随动磨削运动的伺服跟踪性能,使凸轮轴高速随动磨削加工精度和效率得到提高。     

线性不确定性电液位置伺服系统的前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制研究

针对线性不确定性系统的鲁棒跟踪控制问题,提出了一种前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制方法,并证明了采用该方法所构成的闭环系统是李亚普诺夫意义下渐近稳定的,将该控制器设计方法应用于某结构疲劳试验机电液位置伺服控制系统,验证了所设计控制器的有效性。仿真和实时控制结果均证明：对存在不确定性的结构疲劳试验机电液位置伺服系统,应用该研究所提出的具有前馈补偿的滑模鲁棒跟踪控制器,能较有效地削弱常规VSC所固有的抖振现象,在不同的负载条件下跟踪不同频率的正弦信号均能获得良好的跟踪精度,控制器对系统的不确定性呈现较强的鲁棒性。     

四自由度教学机器人的鲁棒跟踪控制方法

针对机器人中存在不确定性模型误差和外界干扰问题,设计出一个鲁棒轨迹跟踪控制器,以对其进行逆向动力学补偿,从而保证了跟踪误差的一致和终值有界.通过模拟仿真,对所提出的控制方案与比例积分微分(PID)控制方案进行了比较,结果表明,鲁棒轨迹跟踪控制具有更高的跟踪精度.     

面向伺服动态特性匹配的轮廓误差补偿控制研究

在多轴数控加工中,轮廓误差直接决定零件最终加工精度。交差耦合控制和任务坐标系法通过估计轮廓误差,并设计轮廓跟踪控制器来提高轮廓精度。这两种方法存在大曲率位置轮廓误差估计精度差,轮廓控制增益整定依赖于工程经验等问题。为此,从伺服轴动态特性匹配出发,提出了一种基于轮廓误差精确计算的轮廓误差补偿控制方法。根据足点定义,采用解析方法快速准确计算轮廓误差。将轮廓误差分量分别补偿到各伺服轴的速度环和转矩环,提高各伺服轴动态特性的匹配程度。采用两维和三维NURBS曲线开展轮廓跟踪试验。试验结果表明:所提出的轮廓误差计算方法可以精确求解轮廓误差;所提出的轮廓误差补偿控制方法不需要建立轮廓误差与伺服跟踪误差间的映射关系,且可通过调整控制器增益定量显著减小轮廓误差。     

基于MPC和CCC的XY平台鲁棒跟踪控制

针对XY平台伺服系统在位置定位过程中由于扰动、摩擦等因素造成的轮廓误差的问题,提出将模型预测控制器(MPC)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制方法.预测控制器通过多步测试、滚动优化和反馈校正等方法对XY平台单轴的定位精度进行优化,减小XY平台系统的跟踪误差.同时采用交叉耦合控制器对系统进行解耦,以解决两轴之间的耦合问题,进而减小系统的轮廓误差,提高系统的轮廓精度.最后通过仿真实验,验证所提出的控制方案是可行的,既保证了系统的鲁棒性,又提高了系统的跟踪精度,进而改善系统的轮廓加工精度.