基于RTCP功能的五轴数控机床动态误差溯源方法

RTCP(Rotation tool center point)功能作为目前高档数控机床必备的功能之一,可以大幅减小由于旋转轴运动带来的非线性误差,有效提高机床加工精度。根据刀具刀尖点相对于加工工件相对静止的特点,设定刀具刀尖点不动,规划了有利于研究机床伺服系统动态性能的RTCP轨迹,并进行伺服系统仿真研究,得到刀尖点误差轨迹与机床伺服系统动态性能影响因素的对应关系,并依据此对应关系提出动态误差溯源方法,为数控机床伺服系统参数调整提供理论支持。     

传动间隙对轮廓运动精度影响的分析

本文分析了数控机床伺服系统的传动间隙对伺服系统精度及稳定性的影响,并运用MATLAB软件探讨了传动间隙在伺服系统中对圆弧运动误差能影响的分析方法,给出了反转间隙对圆弧运动误差影响的分布曲线。     

气动二维超精密伺服系统输出反馈滑模控制

针对气动波纹管二维伺服系统的超高精度控制问题,提出了一种基于逐阶反馈的递归滑模控制方法。通过对三阶系统的各阶输出分别进行二次估计,设计新型逐阶状态观测器,降低了常规观测器对系统三阶状态的观测误差。通过设计逐阶滑动模态,设计递归滑模面,减少了常规动态滑模控制信号抖振问题。通过递归滑模控制器与逐阶状态观测器的结合,在提高伺服系统精度的同时改善了控制系统的动态品质。用李雅普诺夫函数理论证明了气动波纹管伺服系统所有状态全局一致最终有界。数值仿真结果表明,气动伺服系统跟踪轨迹无超调、响应速度快、精度高,实现了运动行程20 mm,稳态误差小于100nm的大行程精密控制。     

基于模糊控制的位置精度补偿方法

针对半闭环伺服系统在使用过程中,由于机械传动系统劣化而导致的位置精度降低、动态响应特性下降的现象,提出了基于模糊控制的位置精度补偿方法。以测量得到的小样本位置误差数据为源数据,利用支持向量机对位置误差进行劣化建模,实现对位置误差的预测,并将位置误差预测值用于伺服系统的误差补偿。利用模糊比例—积分—微分控制器控制能有效改善系统动态响应的特性,通过改进模糊控制规则,使模糊控制与位置误差预测补偿有效结合,提高伺服系统位置精度和动态响应特性。     

液压机直驱式电液伺服系统研究及仿真

对直驱式电液伺服系统在液压机上的应用进行了研究,提出了一种新型液压机直驱式电液伺服系统,该系统采用密闭压力油罐对系统进行无动力补油.建立了直驱式电液伺服系统数学模型,对系统的稳定性、动态响应特性进行了仿真研究.结果表明,系统具有较好的稳定性,但动态响应存在一定的误差.     

机床运动轴位置信息高精度高频率实时采集研究

机床加工路径可通过高精度高频率运动轴位置信息进行精准拟合,其可作为机床动态加工精度评估及误差监测的依据.针对目前存在的运动轴位置信息实时高精度、高频率采集难题,基于五轴联动机床,提出运动轴位置信息高精度高频率采集方案.通过机床伺服系统位置环信号的采集计算,获得高频原始位置信息,并将其转换为坐标值,用于回转误差齐次运动学...     

基于动态模糊神经网络的并联机器人鲁棒复合控制研究

针对6-DOF并联机器人液压伺服系统存在参数摄动和外界不确定性因素干扰的问题,提出了一种基于动态模糊神经网络的鲁棒复合控制策略。在充分分析了液压伺服系统的基础上,对控制系统进行了PD控制器、鲁棒内回路控制器、零相位误差跟踪控制器以及动态模糊神经网络控制器的设计。然后基于MATLAB软件进行了控制系统的运动性能仿真实验分析。结果表明,鲁棒复合控制器的应用在很大程度上了消除了负载交联耦合干扰对系统的影响,而且提高了系统的鲁棒稳定性。     

基于交叉耦合与迭代学习的伺服系统运动控制研究

针对数控机床进给伺服系统各轴动态响应不一致,导致零件加工精度降低的问题,对数控机床进给伺服系统运动控制进行了研究.采用了迭代学习控制与交叉耦合结构相结合的控制方法,设计了进给伺服系统单轴位置环的迭代学习控制器,抑制了单轴跟随误差,设计了多轴的变增益交叉耦合迭代学习控制器,来抑制多轴轮廓误差;利用在MATLAB/SIMU...     

六自由度运动平台的动态响应特性分析及AMESim仿真

为了解决液压伺服系统中存在负载干扰等的不确定因素对系统造成不稳定性的问题,以伺服系统中的六自由度液压运动平台试验样机为研究对象,通过对伺服系统动态响应特性进行分析的基础上,提出了动态压力输出补偿的鲁棒H∞控制策略,并进行了物理模型的AMESim仿真.研究结果表明:该方法可在较大摄动的情况下获得好的鲁棒性,并且可以满足设计要求的响应频宽,从而保证平台运动的响应速度和精度.     

BP网络在进给系统定位误差预测中的运用

针对机床进给伺服系统定位精度预测的难点,分析了进给伺服系统机械传动系统定位误差增长的原因,提出了一种定位误差预测的方法。在Adams中建立进给伺服系统动力学仿真模型,得到不同初始状态下的定位误差值,基于BP神经网络建立工作台与螺母座间隙、滚珠丝杠倾斜度、工件负载与定位误差之间的映射模型,根据映射模型提出对定位误差预测的方法。利用所建立的精密运动可靠性试验平台进行验证,证明了该方法的正确性和有效性。     

大型低速风洞多通道电液伺服阵风发生器协同驱动控制策略研究

为在FL-10大型低速风洞开展飞机模型阵风影响相关试验研究,建立了4通道电液伺服马达驱动的摆动叶片式阵风发生器。4个通道独立控制方式,简化了系统结构,使发生器具备了多频率与多波形阵风模拟能力,但对多通道同步性也产生了更高的要求。针对4通道电液同步伺服控制,提出了一种改进的共反馈同步误差校正控制方案。共反馈同步误差校正控制方案利用主反馈误差来实现对跟踪误差的控制,并通过同步误差完成马达控制系统的反馈补偿,以达到更高的同步控制精度并提升运动性能。通过仿真和试验验证了同步控制算法的有效性。风洞流场校测结果表明:电液伺服摆动马达驱动能力强,动态高,生成的正弦波精度高,研制的发生器在来流风速70 m/s下可稳定工作,叶片最大摆动频率为16 Hz。     

利用动态靶标谐波特性评价光电经纬仪的跟踪性能

提出了一种利用动态靶标实现光电经纬仪跟踪性能等效正弦评价的新方法。分析了动态靶标目标及相应跟踪误差的幅度谱和功率谱特性,提出将动态靶标看作由有限项基频谐波和整数倍基频高次谐波的加权和组成的谐波源。根据被检光电经纬仪跟踪性能设计等效正弦信号,利用动态靶标产生与等效正弦信号同频率的谐波信号完成光电经纬仪跟踪误差系统在该频率下幅频特性函数值的测试。等效正弦的幅值和测得的幅频特性值乘积即为跟踪等效正弦信号的跟踪误差最大值,从而实现了跟踪性能评价。利用该方法测得方位方向的最大跟踪误差为0.65′,远小于4′的指标要求,而利用动态靶标直接检测的值为4.7′。实验表明该方法准确、可行,同时避免了直接利用动态靶标检测时可能使跟踪伺服系统出现过度校正的问题。     

液压伺服系统低速爬行的最优控制

针对一类液压伺服系统的低速爬行问题,提出了一种基于神经网络反馈线性化的控制方法,对线性化后的系统设计了最优控制律。仿真实验表明,该方法能有效提高系统的低速动态品质,并使系统具有鲁棒性,而且有很强的实用性,便于工程实现和应用。     

Concept for the integration of geometric and servo dynamic errors for predicting volumetric errors in five-axis high-speed machine tools: an application on a XYC three-axis motion trajectory using programmed end point constraint measurements

A modelling approach for volumetric error prediction taking into account geometric and servo dynamic errors in a five-axis high-speed machine tool is proposed in this paper. Polynomial functions are used to represent and then predict the geometric errors. A simple second-order transfer function model is used to model and predict the servo dynamic error. The servo dynamic errors are added to the axis position geometric errors and propagated to the tool and workpiece using matrix transformations. The validity of the error integration concept is tested for a XYC three-axis motion trajectory. Two experimental setups are used. The first experimental test used the KGM grid encoder instrument to estimate the parameters of the servo dynamic error models of the X- and Y-axes. The second experimental test used a programmed end point constraint procedure with measurement of the 3D volumetric positioning errors between a point on the tool holder and another fixed to the machine table. The tests involve maintaining the nominal coincidence of these two points whilst exercising the three axes. These last tests are used to estimate the geometric error parameters and also to validate the prediction performance of the integrated geometric and dynamic model. The result shows the effectiveness of the error integration concept.     

曲轴非圆磨削运动中动态误差及补偿

动态误差是影响曲轴非圆磨削加工精度的主要因素,动态误差补偿可实时修正磨削过程的各种误差,保证补加工工件的加工精度.通过分析曲轴非圆磨削过程中动态误差产生的原因,对非圆磨削中数控系统的伺服滞后误差进行了定量分析,并对以恒线速度为基础的运动模型进行了仿真计算,计算结果表明,伺服滞后误差严重影响加工精度,且数控系统的调整只能减少伺服滞后误差,不能消除伺服滞后误差.提出了采用神经网络预测曲轴非圆磨削过程的误差,并对补偿数据进行必要的延迟处理后进行相应的补偿,以解决在线测量的角度偏差.通过离线测量加工试验表明,采用径向基函数网络较好地解决了曲轴非圆磨削过程中的误差补偿.     

电机波动力矩的重复学习控制补偿

为较好地解决伺服系统的低速抖动问题,研究了重复学习控制方法抑制电机波动力矩等非线性干扰,以提高系统的低速平稳性问题。在讨论电机波动力矩成因的基础上,重点研究了电机齿槽效应引起的电机力矩波动的理论模型、量值大小等问题,并在模型转台上进行了实验测试。实验结果表明了理论分析的正确性,并证明了电机波动力矩的周期性。根据上述结论,引用重复学习控制来抑制这种周期性干扰,介绍了带有低通滤波器和前馈滤波器的改进型重复学习控制器的设计方法,设计了实际的控制系统。对采用重复学习控制的伺服系统进行正弦跟踪实验测试,结果说明,重复学习控制较好地补偿了低速或零速附近的系统死区特性,系统的跟踪误差最大值为0.72″。     

基于FANUC数控系统前馈控制提高数控机床控制精度的研究

常规的数控伺服系统的指令滞后问题导致加工指令轨迹同实际轨迹存在形状误差。通过理论计算和实际应用认为:在数控伺服系统中引进前馈控制(即把前馈控制器置于系统的输入端)方法是消除这种不稳定和精度误差最有效的方法。阐述了伺服系统前馈控制技术的设计原理和具体方法。     

基于线性外推原理的圆感应同步器输出动态补偿

针对含圆感应同步器的高精度位置采样伺服系统 ,提出一种动态补偿方法 ,对圆感应同步器数显表的测量输出进行动态补偿 ,以减小由于数显表测量频率变化所带来的采样时刻位置误差 ,从而提高系统的跟踪精度。理论分析和针对三轴转台系统的仿真和实验都表明了该方法的有效性。     

高频响伺服刀架的建模与控制

考虑目前应用压电陶瓷驱动器的伺服刀架只能提供单向驱动力,设计了一种基于双压电陶瓷驱动器的快速伺服刀架。涉及的两个压电陶瓷驱动器分别为刀具的进给和回复提供驱动力,其呈对称布置,用于有效提高刀架的整体刚度。为了对两个压电陶瓷驱动器进行联动协调控制,建立了PI迟滞模型和其逆模型,并设计了相应的联动协调控制方法。利用PI逆模型作为PID反馈控制的前馈环节构成复合控制用于调节快速伺服刀架的输出位移。实验验证了新型快速伺服刀架的响应频率、响应时间、位移响应特性和定位精度。结果显示:新型快速伺服刀架的响应频率为871.86 Hz,响应时间为0.000 45s;三角波信号的最大定位误差为3.366 1μm,误差百分数为7.63%,平均绝对误差为0.698 0μm,误差百分数为1.58%;正弦波信号的最大定位误差为3.244 4μm,误差百分数为7.67%,平均绝对误差为0.930 9μm,误差百分数为2.20%。     

PC-based高精度步进式位置伺服系统

详细地分析了步进式位置伺服系统控制方案及其软硬件结构设计.讨论了如何确定系统中步进电机的脉冲频率,分析了系统的性能,并针对系统的误差和精度做出讨论.该系统在对数控系统的研究开发和实验教学中具有广泛的应用前景.