重卡桥壳专用圆度圆柱度自动检测仪设计

圆度误差、圆柱度误差的测量是检验重卡桥壳加工精度的重要指标。目前生产中采用的人工检测方案效率低,精度无法保证。该检测仪以三点法误差分离算法为原理依据,最小二乘法作为误差评定标准,将圆度及圆柱度从综合误差中剥离,提升检测精度。根据重卡桥壳形貌特征设计了机械传动装置并采用PLC及伺服驱动系统搭建其控制平台,使检测过程中传感器多截面回转测量,避免了大型不规则工件回转时由于动平衡导致定位偏心。该检测仪自动化程度高,检测数据值经上位机处理,可将数值偏差较大的点在桥壳表面标记,方便进行二次加工修复,降低产品废品率。     

桥壳中段同轴度测量装置的结构设计

为提高铸造桥壳中段测量精度和测量效率,文中提出采用专用测量设备实现在线测量,动态控制产品重要特性指标通过对产品结构和测量要求的深入分析,找出了测量装置设计中多点测头、测头防护、多品种快速切换装置等技术难点的解决方案,实现了铸造桥壳中段基于该装置实时在线测量,为桥壳中段的动态质量控制做出了创造性的探索     

基于对称度在线检测及补偿的深孔内键槽插削加工方法研究

针对圆周四等分深孔内键槽加工精度不高、加工键槽与基准通槽对称度较难控制及加工对称度较差等问题,在分析产生对称度超差的基础上,运用形位公差测量原理,结合空间对称度误差测量及评定方法,提出利用投影直线与基准直线夹角的方式确定对称度误差及基于对称度在线检测及补偿的新式加工方法。设计双层组合式手动自定心夹具,实现径向自定心定位和轴向端面定位,同时,将内置基准通槽参考基面导出并确保其精度能够被有效检测和控制;设计联机式多自由度对称度检测装置,提出利用该装置实现对称度误差量的检测及装置有效控制的基本方法,并在此基础上开发了自动检测对称度误差量的数控程序;通过采用数控插齿机伺服控制回转轴的角度补偿及斜向让刀的平移补偿方法,并结合数控系统程序控制定角度加工的方式实现了高对称度深孔内键槽的批量加工。深孔内键槽加工实例证明,夹具结构及联机式多自由度对称度检测装置具有较好的可靠性,且基于对称度检测及补偿的深孔内键槽插削加工方法能够稳定的控制加工对称度在0.03 mm以内,从而验证了此方法的合理性和准确性,为高对称度深孔内键槽的加工提供了一种新的途径。     

一种高精度圆柱度仪自动调心系统

针对现行高精度圆柱度仪采用人工方法调心,测量精度低且费时费力这一问题,提出了一种高精度圆柱度仪伺服工作台自动调心系统,给出了自动调心系统的结构组成和工作原理,并进行了自动调心过程的运动仿真和实验模拟。实验结果表明,所提出的伺服工作台自动调心系统作为一个独立的附件安装在高精度圆柱度仪工作台上,不改变现有高精度圆柱度仪的结构,具有操作简便、调心效率高等特点。     

蝶形直线电机的模糊Takagi-Sugeno鲁棒控制

为了克服现有双足蝶形直线超声电机驱动的一维平台定位中的摩擦驱动非线性,本文基于电机工作原理和扇形非线性特性建立了电机及平台的模糊Takagi-Sugeno(T-S)模型。基于该T-S模型,采用系统增广的方法设计了无静态误差伺服定位控制算法;设计中考虑了鲁棒H∞性能,使得该非线性系统的模糊控制器具有较好干扰抑制性能和鲁棒性。采用嵌入式微控制器实现了所设计的控制算法,并进行了不同步进值的伺服定位控制实验。实验结果显示,在不同步进值下系统的超调量小于4%;在空载和带载荷的状态下对伺服定位控制实验数据的对比显示,系统最大超调量小于5%。与传统PID控制算法相比,本文提出的控制系统具有较高的定位精度,良好的运动平稳性和鲁棒性。     

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。     

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。     

伺服增益参数对退刀位齿距偏差的影响机理研究

在数控插齿加工齿轮过程中,退刀位齿距偏差超差问题普遍存在。首先,提出了在合理控制数控插齿机床几何精度、运动误差、定位精度等因素的前提下,展成运动不同步是齿距偏差超差问题产生的根本原因;其次,设计了一种联机式齿轮精度检测装置以减小安装及测量误差对齿轮齿距偏差测量精度的影响;最后,基于数控系统伺服增益参数对伺服电机控制轴的影响机理,通过改变伺服增益参数进行了大量插齿加工正交试验,验证了退刀位两回转轴展成运动不同步是退刀位齿距偏差超差问题的根本原因,分析了伺服增益参数对退刀位齿距偏差超差的影响规律,并提出了相应的参数调整策略。该研究为数控插齿加工齿轮退刀位齿距偏差超差问题的解决提供了一种新的思路。     

数控车床刀尖位置动态熵方法不确定度研究

应用熵方法不确定度概念对典型测量与控制系统(数控车床)进行加工精度分析,通过建立刀尖位置伺服控制数学模型,求得刀尖位置B类和A类动态熵方法不确定度,并引出动态熵方法扩展不确定度公式,力图简明地表达基于熵概念的精度理论及其应用。     

凸轮磨削过程鲁棒PID控制研究

为了提高凸轮磨削加工伺服系统跟踪精度及鲁棒性,对影响凸轮轮廓误差的主要因素进行了分析,以便使汽车发动机具有较好的使用性能。由于凸轮轮廓廓形的复杂性、磨削力的波动、伺服系统的跟踪性能及外界干扰因素的影响,使得凸轮磨削过程的精确控制比较困难,其中伺服系统的跟踪性能对凸轮轮廓误差具有较大的影响,降低了凸轮的廓形精度。针对该问题,提出了一种鲁棒PID控制的方法,对各个伺服轴的跟踪性能及控制方法鲁棒性进行分析。仿真结果研究表明,鲁棒PID控制可以有效减小非圆磨削伺服控制系统的跟踪误差,鲁棒性强,提高凸轮磨削加工精度。     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。     

Robust internal model control of servo motor based on sliding mode control approach

This paper proposes a robust internal model control (IMC) based on sliding mode control (SMC) approach for high-performance motion control of a servo motor subject to uncertainties and/or disturbances. The proposed control strategy considers not only the simplicity and intuition of the IMC-based controller for a prescribed tracking performance but also the effectiveness of the SMC scheme to guarantee the robustness of the servo system. Since the performance of the IMC-based controller can be analyzed via a SMC structure, a robust control law based on the SMC technique is introduced into the IMC scheme to decrease the sensitivity to uncertainties and enhance the resistance to disturbances. Moreover, the 2-degree-of-freedom IMC integrating the robust SMC scheme is developed to further improve the control performance. The stability is analyzed based on Lyapunov theory, and the theoretical results show that a prescribed transient tracking performance and a final tracking accuracy of the servo system can be guaranteed. Comparative simulations and experiments are investigated to verify the high performance nature of the proposed control strategy.     

A control strategy with motion smoothness and machining precision for multi-axis coordinated motion CNC machine tools

The advanced manufacture technology requires that multi-axis coordinated motion computer numerical control (CNC) machine tools have the capability of high smoothness and high precision. At present, the study of the motion smoothness mainly concentrates on the acceleration and deceleration control method and the look-ahead process of velocity planning in the interpolation stage. The control strategy of the contouring error mainly focuses on tracking error control, cross-coupling control, and optimal control. In order to improve the motion smoothness and contouring precision for multi-axis high-speed CNC machine tools, a multi-axis modified generalized predictive control approach was presented in this paper. In the control strategy, the estimation models of tracking error, contouring error, velocity error, and acceleration error were structured separately. A new improved quadratic performance index was proposed to guarantee the minimum of these errors. Generalize predictive control was also introduced, a multi-axis generalized predictive control model was deduced for motion smoothness and machining precision for multi-axis coordinated motion CNC system, and an approved multi-axis generalized predictive controller based on the model was designed in this paper. The proposed predicted control approach was evaluated by simulation and experiment of circular, noncircular, and space line trajectories, respectively. These simulative and experimental results demonstrated that the proposed control strategy can significantly improve the motion smoothness and contouring precision. Therefore, the new position control method can be used for the servo control system of multi-axis coordinated motion CNC system, which increases motion smoothness and machining precision of CNC machine tools.     

Robust control for a biaxial servo with time delay system based on adaptive tuning technique

A robust control method for synchronizing a biaxial servo system motion is proposed in this paper. A new network based cross-coupled control and adaptive tuning techniques are used together to cancel out the skew error. The conventional fixed gain PID cross-coupled controller (CCC) is replaced with the adaptive cross-coupled controller (ACCC) in the proposed control scheme to maintain biaxial servo system synchronization motion. Adaptive-tuning PID (APID) position and velocity controllers provide the necessary control actions to maintain synchronization while following a variable command trajectory. A delay-time compensator (DTC) with an adaptive controller was augmented to set the time delay element, effectively moving it outside the closed loop, enhancing the stability of the robust controlled system. This scheme provides strong robustness with respect to uncertain dynamics and disturbances. The simulation and experimental results reveal that the proposed control structure adapts to a wide range of operating conditions and provides promising results under parameter variations and load changes.     

电液伺服系统位置跟踪平整度控制策略研究

为提高电液伺服系统位置控制跟踪精度，提出一种基于平整度设计方法的控制策略，该设计方法不需要对系统状态变量求导，因而，传感器测量噪声及未建模特性不会被放大，进而可以提高电液伺服系统位置跟踪精度，并且控制方法的设计过程简易；为验证提出的控制器的有效性，搭建了电液伺服系统实验台，对提出的控制策略进行了实验研究，结果证实，与反步控制器及传统的PI控制器相比，提出的控制器能更有效地提高了电液伺服系统位置跟踪精度。     

数控位置伺服系统控制策略研究

针对高速高精度加工技术对数控位置伺服系统的控制性能提出的更高要求以及现行位置伺服控制方法存在不足的问题,提出了一种基于模糊推理的广义预测控制方法。首先采用网格搜索算法和递推最小二乘法相结合的思想对伺服控制系统的模型结构和模型参数进行辨识;然后将广义预测控制方法作为数控位置伺服系统的控制策略,运用模糊逻辑推理对反馈偏差进行非线性在线校正,克服了传统的广义预测控制对CARIMA模型进行线性控制的缺点;最后通过MATLAB仿真和施耐德十字平台实验验证了该方法具有很好的控制性能和鲁棒性。该方法为高速高精度数控机床的位置伺服控制系统提供了一种新的思路。     

基于遗传算法的数控机床进给伺服系统模糊PID位置控制研究

文章针对电机引入的非线性、参数不确定性及对位置伺服系统快速定位和无超调的要求问题,提出了一种新的位置控制方法,即基于遗传算法的模糊PID位置控制。该方法结合遗传算法和模糊PID控制的优点,利用遗传算法优化模糊PID控制系统的模糊控制规则,通过模糊控制规则对PID参数进行实时修改。仿真结果表明,这种位置控制器具有良好的稳态精度和动态响应,与传统比例位置控制的伺服系统相比,具有良好的动态、稳态性能以及较强的鲁棒性。     

气动位置控制系统分数阶控制器的设计与仿真

为了实现对气动伺服控制系统的准确位置控制，设计了气动伺服系统，根据系统的组成推导了其数学模型，并在此基础上进行线性化处理，计算出传递函数。继而设计了一种基于稳定裕度法整定参数的分数阶控制器，使用MATLAB的优化工具箱求解控制器参数并在Simulink中搭建分数阶控制器模型进行仿真分析。结果表明，使用稳定裕度法整定参数的分数阶控制器对气动伺服系统具有良好的控制效果，在系统参数发生较大变化时仍能达到理想的控制性能指标，系统仍具有良好的信号跟踪特性、强抗干扰能力和鲁棒性。实验测得采用分数阶控制器的气动伺服系统定位精度达到0.5 mm，系统具有较高的稳态精度。     

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。     

Model-based feedforward precompensation and VS-type robust nonlinear postcompensation for uncertain robotic systems with/without knowledge of uncertainty bounds(I)

In this paper, a robust motion tracking control algorithm for robotic manipulators is proposed where the higher-order system uncertainties are taken into account. The control structure consists of two main parts: a model-based precompensation part and a robust nonlinear controller one. Specifically, with knowledge of possible upper bounds on uncertainties, we propose the nonadaptive version of robust controller. Stability and robustness issues of the controllers have been investigated via a Lyapunov method and it is shown that the proposed control algorithms are highly robust in the presence of significant system uncertainties. Finally, the computer simulation results are presented to validate the proposed algorithm.