基于LSSVM的直线电机进给定位误差补偿研究

误差补偿是提高机械加工精度的有效途径,在分析测试数控直线电机进给定位精度的基础上,提出基于最小二乘支持向量机的直线电机进给定位精度误差回归建模和预测方法.最小二乘支持向量机具有完备的统计学习理论基础和学习功能,它用核函数建立预测模型,再用已知数据为学习样本训练学习机,用检验样本进行验证、预测系统未来误差.采用径向基核函数的最小二乘支持向量机对不同速度加速度下的定位误差进行了预测,并进行误差补偿.研究结果表明,采用LSSVM的方法可以较大地提高直线电机进给的定位精度.     

应用潜变量回归在线补偿双直接进给轴热误差

为了提高直线电机驱动的双直接进给轴的运动精度,对该类进给轴的热误差进行了建模并研究了误差补偿方法。分析了双直接进给轴进给过程中热误差产生的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于潜变量回归的双直接进给轴热误差在线补偿方法。该方法应用激光干涉仪测量进给轴的热变形量,使用热电偶和红外测温仪测量进给轴关键点的温度变化;通过时间匹配变形和温度数据得到统计样本并建立基于潜变量回归的热误差识别模型。以模型的在线计算确定误差补偿量,给出了与数控系统兼容的补偿控制输出策略及补偿系统构建方案。在自构建的龙门双直线电机驱动进给轴平台上进行了在线补偿实验。结果表明:应用潜变量回归方法对双直接进给轴进行热误差补偿可使双直接进给轴的热误差减小75%。     

双频激光干涉仪测试直线电机进给定位精度的研究

应用双频激光干涉仪对直线电机进给的定位精度进行了测试。在介绍双频激光干涉仪测量原理的基础上,对直线电机进给定位精度测试方法作了详细的描述。测试结果发现,直线电机进给的速度、加速度的变化对定位精度的影响不是很大。利用最小二乘法对各点定位精度平均值进行分段线性拟合,并对直线电机进给的定位精度进行补偿,可以较大地提高直线电机进给的定位精度。     

2X/Y直线进给轴直线轮廓误差的学习补偿方法

为了提高2X/Y直线进给轴的联动直线轮廓精度,研究了进给轴联动直线轮廓偏差的测量、评价和补偿方法.分析了直线电机驱动进给过程存在直线轮廓偏差的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于学习的直线轮廓误差在线精密补偿方法.该方法通过激光干涉仪的2D时间基准精密测量龙门联动轴直线轮廓的实时坐标值,应用最小二乘方法评价确定理想直线方...     

基于学习的2x/y直线进给轴圆轮廓误差精密补偿方法

为了提高龙门2x/y直线进给轴联动的圆轮廓精度,对进给轴联动圆轮廓误差的测量、评价和补偿方法进行研究。分析直线电动机驱动的进给轴联动过程存在圆轮廓偏差的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于学习的联动轴圆轮廓误差在线精密补偿方法,此方法通过双光束激光干涉仪动态精密测量x/y联动轴的实时坐标值,应用最小二乘圆方法评价确定理想圆,接着通过与理想圆轴坐标位置的比较,计算得到轴向偏差学习样本,建立基于最小二乘支持矢量回归机(Least square support vector regression,LS-SVR)方法的轴向偏差离线识别模型,通过模型的在线回归计算确定联动进给过程的偏差补偿量,给出补偿量控制输出策略与补偿系统构建方案,在自构建的直线进给轴平台上进行在线补偿试验。结果表明应用该方法对2x/y直线进给轴联动的轴向偏差进行在线补偿,可使圆轮廓精度提高68.7%。     

基于最小二乘法的机床螺距误差补偿方法研究

为减小机床的定位误差、提高加工精度，提出基于最小二乘法的误差模型及其补偿方法。运用最小二乘法多项式拟合方法建立螺距误差补偿数学模型，并将模型应用到数控系统，根据模型形成的补偿曲线，通过激光干涉仪检测得到三轴加工中心进给轴的定位误差数据，利用校正周期插补坐标值的方法，对三轴加工中心的螺距误差进行补偿。结果表明，使用最小二乘法对机床进行补偿后，机床各进给轴的定位精度均提高80%以上，具有显著效果。     

光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿

为提高光学自由曲面的加工精度,本文基于多体系统理论建立了五轴数控研抛机床综合误差模型。采用直接测量方式对各轴的移动误差和转角误差进行重复测量与分析,发现不同进给速度和测量间距对移动误差和转角误差没有显著影响。把误差数据代入综合误差模型中,得出研抛机床综合误差在x轴、y轴和z轴轴向上的移动误差和转角误差分量的变化规律,进而获知线性位移误差是影响综合误差最主要的因素。依据综合误差模型进行补偿实验,补偿后x轴、y轴和z轴的线性位移误差分别下降88%、89%和84%,补偿效果显著。实验结果证明本文所提出的综合误差建模及补偿方法具有较高的精度和较好的鲁棒性。     

切线法数控成形非球面机床的定位误差研究

分析了切线法数控成形非球面机床产生定位误差的原因,提出了一种改进型PID控制算法和开发型UMAC软件补偿并行的定位补偿方法,并给出了实现该方法的具体步骤。通过建立改进型PID控制模型和开发型UMAC误差修正表对该机床进行了定位误差补偿实验,结果表明该补偿方法可以有效地减小数控机床的定位误差,大幅度地提升数控机床的定位精度。     

X-Y直线电机精密运动平台的轮廓误差主动补偿

为了减小X-Y直线电机精密运动平台同步控制的轮廓误差,提高系统的控制精度,针对传统交叉耦合控制结构的不足,提出多电机控制系统的轮廓误差主动补偿结构。首先,以永磁同步直线电机为例分析单轴伺服定位跟踪误差,指出跟踪误差和位置参考有关,结合实际工况中参考指令的扰动,将耦合补偿量最终统一为参考指令的校正加入到系统中,提出轮廓误差主动补偿结构,将轮廓误差补偿量分别补偿到各轴伺服的位置环和速度环,并通过仿真和实验进行验证。结果表明:采用主动补偿方法的X-Y两轴运动平台跟踪大曲率复杂轨迹的轮廓误差平均值为20.68μm;单轴跟踪误差最大值为70μm。相比传统交叉耦合控制结构,主动补偿结构轮廓误差精度提高了15.5%,同时降低了单轴的跟踪误差,并能抑制参考指令扰动。     

平面并联机器中变值几何参数的误差补偿方法

针对平面并联机器运动学标定无法补偿的变值几何参数误差,提出一种标定后误差的线性预估实时补偿方法。该方法提前由测量仪器测量出部分机器终端误差修正值,在机器运行时,数控程序将实时调用这些误差修正值,并预先由直线插值线性计算出机器终端所到位置的误差修正值,并将这些计算出的误差修正值提前补偿到位置目标指令中,从而达到提高精度的目的。该方法简洁高效、工程实用性强,可广泛适用于少自由度并联机器。     

基于负载观测器的直线开关磁阻电机滑模位置控制

基于负载观测器补偿的滑模变结构控制算法,设计了一个直线开关磁阻电机位置控制器。论文对该位置控制系统进行了仿真分析和实验验证,结果表明,采用负载观测器补偿后的滑模控制算法实现直线开关磁阻电机的位置控制比传统的PD控制和传统的滑模控制具有更好的控制性能。     

FORCE RIPPLE SUPPRESSION TECHNOLOGY FOR LINEAR MOTORS BASED ON BACK PROPAGATION NEURAL NETWORK

Various force disturbances influence the thrust force of linear motors when a linear motor （LM） is running. Among all of force disturbances, the force ripple is the dominant while a linear motor runs in low speed. In order to suppress the force ripple, back propagation（BP） neural network is proposed to learn the function of the force ripple of linear motors, and the acquisition method of training samples is proposed based on a disturbance observer. An off-line BP neural network is used mainly because of its high running efficiency and the real-time requirement of the servo control system of a linear motor. By using the function, the force ripple is on-line compensated according to the position of the LM. The experimental results show that the force ripple is effectively suppressed by the compensation of the BP neural network.     

Precision motion control of permanent magnet linear motors

In the paper, a method of precision motion control for permanent magnet linear motors is proposed. Unlike rotational motors, permanent magnetic linear motors are more sensitive to various force disturbances because of the reduction of gears. So, as a feedback compensator, a disturbance observer is used to compensate the force disturbances based on the disturbance model. But the force disturbances of permanent magnetic linear motors cannot be fully compensated owing to the error of dynamic model, inaccurately detected velocity and acceleration, especially when a permanent magnetic linear motor runs in low speed. Further analysis shows that the force ripple is the main force disturbance when the velocity of a PMLM is close to zero, and the disturbance model denotes that the force ripple is position dependent. In order to further suppress the force disturbances of permanent magnetic linear motors a feedforward neural network using the BP algorithm is proposed to approximate and compensate the force ripple. The experimental results show that the force ripple is efficiently alleviated and the high positioning precision can be achieved by using the proposed precision motion control method.     

悬挂运动控制系统中软件算法设计与综合调试

本设计以微控制器AT89C52为核心,用直线差补和圆弧插补法实现电机的控制。在充分考虑非电因素引起运动误差的基础上,根据规定的运动轨迹,建立完善的数学模型。在软件方面,为了有效解决汇编语言除法运算引起的程序的复杂性,巧妙地通过查表方法,把除法运算转化为定点数加法运算,大大简化了编程量。驱动电路均采用光电耦合器隔离以避免干扰,软件部分利用抗干扰技术进行优化,提高系统可靠性。     

复合补偿驱动直线伺服单元研究

依据动圈电动机的基本原理，研究开发了一种大推力复合补偿驱动的直线伺服单元，其推力常数为８２Ｎ／Ａ，最大驱动电流为１０Ａ，最大推力８２０Ｎ。给出了其基本原理、运动微分方程；介绍了复合补偿驱动磁路和磁路方程。给出了一设计实例和具体的性能参数，由它构成的直线驱动伺服系统，实际已应用于中凸变椭圆活塞ＣＮＣ车床。     

蠕动式压电/电致伸缩直线电机钳位机构设计

提出一种用于微进给压电／电致伸缩直线电机的弹性夹紧钳位机构。该机构采用柔性铰链和径向分布式杠杆构成力放大机构,实现对主轴的钳位与松位作用。本文在分析计算单槽半圆柔性铰链转角刚度、夹紧机构的力放大系数的基础上,讨论钳位机构与主轴之间的初始间隙、柔性铰链转角刚度以及杠杆机构的分布组数等因素对夹紧力的影响。该钳位机构可有效地降低钳位致动电压和机械配合精度,提高压电／电致伸缩直线电机的承载能力。     

基于多峰拟合的直线电机动子位置精密测量方法

为满足直线电机动子位置的高精度测量要求,提出一种基于多峰拟合相位相关算法的直线电机动子位置精密测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像;采用相位相关算法得到相邻栅栏图像的相位相关函数;根据相位相关频谱的峰值分布特性,采用多峰拟合获得相邻栅栏图像的亚像素位移值;根据测量系统标定系数,进而获得直线电机动子位置的精确位置。实验结果表明,该亚像素测量方法用于直线电机动子位置检测能达到精密定位,测量精度为1/100 pixel,且具有较强的鲁棒性和较高的实时性。     

Novel linear piezoelectric motor for precision position stage

Conventional servomotor and stepping motor face challenges in nanometer positioning stages due to the complex structure, motion transformation mechanism, and slow dynamic response, especially directly driven by linear motor. A new butterfly-shaped linear piezoelectric motor for linear motion is presented. A two-degree precision position stage driven by the proposed linear ultrasonic motor possesses a simple and compact configuration, which makes the system obtain shorter driving chain. Firstly, the working principle of the linear ultrasonic motor is analyzed. The oscillation orbits of two driving feet on the stator are produced successively by using the anti-symmetric and symmetric vibration modes of the piezoelectric composite structure, and the slider pressed on the driving feet can be propelled twice in only one vibration cycle. Then with the derivation of the dynamic equation of the piezoelectric actuator and transient response model, start-upstart-up and settling state characteristics of the proposed linear actuator is investigated theoretically and experimentally, and is applicable to evaluate step resolution of the precision platform driven by the actuator. Moreover the structure of the two-degree position stage system is described and a special precision displacement measurement system is built. Finally, the characteristics of the two-degree position stage are studied. In the closed-loop condition the positioning accuracy of plus or minus 0.5 μm is experimentally obtained for the stage propelled by the piezoelectric motor. A precision position stage based the proposed butterfly-shaped linear piezoelectric is theoretically and experimentally investigated.     

直线电机监测系统的关键技术研究

直线电机的初始位置检测与旋转电机一样是实现电机精确控制的关键技术之一。利用绝对式光栅尺对直线电机进行初始定位不但可以省去常用的霍尔元件，而且还可以实现直线电机在任一位置的启动。对直线电机的位移和速度、绕组温度、电机推／拉力进行有效监测是保障其正常工作的前提，为此自主研发了对直线电机上述重要参数进行动态跟踪的监测系统。文中对该监测系统的设计方案、关键技术和具体的开发过程进行了详细的探讨。