基于PLC技术的机电一体化数控机床运行控制研究

针对传统机电数控机床运行控制效果不佳，导致加工精度较低的问题，提出基于误差补偿技术和ARM平台，构建一个基于PLC技术的综合误差实时补偿系统。首先，分别对数控机床温度和机床参数进行采集和存储；然后通过训练的BP神经网络进行误差计算，以建立机床-几何-热切削力的综合误差模型；最后利用误差补偿方法计算当前时刻误差补偿值，并发送至机床PLC实现误差实时补偿。实验表明，通过本系统可直观监测机床加工状态，实现误差补偿参数设置。QLM27100型机床测试中，曲面1的最大误差和平均误差分别为84.6μm和39.74μm;曲面2的最大误差和平均误差分别为52.81μm和13.17μm,对比于曲面1,曲面2的误差更小，测量精度更高。由此可知，本系统在机床加工中可减小误差，提升加工精度，实现机电一体化和智能化控制。     

基于支持向量机回归的滚齿机热误差补偿模型

研究数控加工精度优化控制问题,由于滚齿加工过程中机床关键部件发热导致主轴热变形、实际加工点发生偏移,引起齿轮加工误差.针对零传动数控滚齿机存在的热误差,对机床结构特征进行分析,并确定热误差形成的原因和关键热源点.为解决上述问题,提出分别在工件轴向、水平径向和滚刀轴向针对热变形量与热源点温度关系建立非线性误差补偿模型.采用支持向量机回归方法建模,并结合贝叶斯理论,实现了估计系统噪声水平,同时提出确定模型超参数的方法,将超参数搜索范围限定在二维直线上,可避免搜索的盲目性,时间开销小于传统方法.实验结果表明,改进模型比常用最小二乘法有更好的误差拟合效果且效率较高,模型输出值作为误差补偿量可有效提高齿轮加工精度.     

基于极点配置与时延误差补偿的网络控制系统预测控制

根据网络控制系统的时延上界及对象模型,建立网络控制系统的整体模型,应用极点配置广义预测方法进行控制器的设计,以保证网络控制系统控制的有效性与稳定性．考虑到网络时延的随机性,基于神经网络建立网络时延误差的预测补偿模型,用时延误差预测值对输出预测值进行补偿,构成基于极点配置和误差补偿的网络控制系统预测控制算法．仿真结果表明,本文方法有较高精度,可快速收敛．     

基于SCADA-PLC模型的矿山平巷误差控制系统设计

为了降低矿山平巷测量的误差，设计了一个基于SCADA-PLC模型的矿山平巷误差控制系统。系统硬件部分重点设计了PLC的选型、通信模块、模入模出单元三部分，系统软件部分主要设计了PID控制算法，通过A/D模块获得模拟量反馈信号，将其转换为数字量信号并和给定值比较得出偏差，将偏差送入PLC中进行PID算法出库，实现了对误差的控制。完成基于SCADA-PLC模型的矿山平巷误差控制系统的设计。实验结果表明研究系统的定位误差较低，导线点点位误差、腰线偏差为2 mm左右，并且控制时间较少，平均为2.2 min,满足了矿山平巷误差控制系统设计需求。     

机床主轴热误差建模算法*

针对机床主轴热误差补偿过程中现有建模方法的不足,提出一种新的热误差建模算法。首先应用FCM算法将众多温度测点予以分类,减少测点数量,提高测量精度。其次应用GCA算法对同类测点的热敏感度进行排序,选出该类中的关键测点。最后以优选出的测点为输入变量,以热位移为输出变量,利用ANFIS进行热误差模型设计,并与BP算法建立的模型进行了比较。实验数据表明：该方法降低了机床热误差,具有预测精度高的优点,能较好的实现机床主轴热误差的补偿。     

微纳加工中高精度环境温度控制系统的设计

统计表明,在微纳加工领域中,由于热变形引起的误差占总误差的40％ ～ 70％,已经成为制约微纳加工发展的主要因素之一.本系统采用基于PLC的增量式数字PID控制方法,实现对微纳加工控制过程中环境温度的高精度控制.利用LabVIEW软件编程灵活的特点,设计控制系统界面,通过RS485接口实现计算机对PLC的实时监控,保存测量数据,实时进行精度分析.经长时稳定试验,本系统可以实现±0.05℃/24 h的控制精度(24 h内温度波动不超过±0.05℃),满足高精度加工系统的温度控制需求.     

光栅数显装置的非线性补偿方法研究

以提高光栅测量系统的精度为目的,提出一种基于光栅数显装置的非线性补偿方法。采用实时误差分离技术来对光栅测量误差进行修正的,通过采样点建立误差修正的数学模型,根据数学模型实现对任意测量值的误差修正。实验结果表明,该方法可有效解决由光栅本身的制造误差、光电转换部分误差及外界环境的振动、温度变化等因素带来影响光栅测量系统精度的问题,从而可大幅度地提高光栅测量系统的精度,而且这种补偿方法不但算法简单方便且经济成本较低,完全能够满足大部分光栅测量系统对于测量精度的要求。     

数控回转工作台的几何误差测量和建模

作为五轴数控机床的关键零部件,数控回转工作台能够实现C轴和A轴的回转进给与定位,其精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。以此为研究背景,建立了回转工作台的空间误差模型,对回转工作台的几何误差进行测量,并建立了误差补偿的数学模型,为最终进行机床的误差补偿提供依据,从而实现数控加工中心加工精度的提高。     

基于云计算的编码器信号误差补偿系统设计

传统的编码器信号误差补偿系统存在着补偿精度低的缺陷,为此提出基于云计算的编码器信号误差补偿系统。编码器信号误差补偿系统硬件设计包括编码器模拟控制单元、电源单元、信号采集单元与通信单元,软件设计包括通信模块、信号处理模块与信号误差补偿模块,通过编码器信号误差补偿系统硬件与软件的设计实现了编码器信号误差补偿系统的运行。通过实验得到,设计的编码器信号误差补偿系统补偿精度比传统系统高出30%,充分说明设计的编码器信号误差补偿系统具备极高的有效性。     

多传感器融合的数控机床热误差回归建模新方法

热误差对机床的加工精度影响很大,高性能的补偿系统依赖于多传感器融合建立的三维模型的精度、鲁棒性和合适的温度进行反馈输入。本文使用温度与位移传感器的模糊聚类进行温度分类,基于评价模型比对分析最优的温度分类,从每个分类中选择具有代表性温度作为候选温度。归纳试验数据,使用分段逆回归SIR模型进行热误差建模,SIR模型将高维前移回归问题转化为多个一维的回归问题,并且进一步消除了候选温度之间的耦合。热误差试验表明,SIR模型具有泛化能力强、预测精度高及鲁棒性好的特点,能够准确地描述多种典型工况条件下的实际热误差特性。     

机床定位误差测量及补偿

分析造成机床定位误差的原因,并利用激光干涉仪获取误差量,通过数控系统的补偿功能,大大提高了运动轴的定位精度,显著提高机床的加工精度。     

数控系统定位误差的测量与补偿

以一维、二维的误差测量及补偿为研究主线，详细阐述了一维及二维误差补偿的原理和方法，在试验中使用该补偿方法，使得数控系统定位精度大大提高，说明计算机误差补偿技术是提高加工精度的经济可行的方法。     

工业设备中高精密齿轮加工误差补偿技术研究

在以修正量为基础进行高精密齿轮加工误差补偿时,主要依托于无偏估计法进行计算,使得补偿处理后齿形法向偏差依旧较大。为此,提出工业设备中高精密齿轮加工误差补偿技术。首先深入分析工业设备中高精密齿轮加工模式,建立齿轮加工模型。然后采用离散化分析方法对比理论齿面与实际齿面,测量齿面加工存在的误差。最后建立关联函数,描述机床调整参数和齿形偏差之间联系,生成齿形误差敏感系数矩阵,与比例修正参数相结合计算修正量,再通过数控程序实现加工误差补偿。实验结果表明：补偿前左、右齿形最大法向偏差分别为23.7μm和4.8μm,补偿后齿形的最大法向偏差均小于0.1μm,表明所提技术可提升齿轮加工精度。     

有限元分析在数控铣床热变形方面的研究

在多种热源的作用下,数控铣床产生热变形,影响工件与刀具间的相对位移,造成加工误差,从而影响零件的加工精度,因此减小热误差对提高机床的加工精度至关重要。控制机床热误差涉及到如何查找敏感点,然而找出机床敏感点是个非常棘手的问题。本文在对数控铣床热边界条件进行分析的基础上,应用有限元分析软件ANSYS,对ZK7640数控铣床进行整机热特性分析,为机床敏感点的查找提供依据,对数控机床热误差进行了定量计算,并通过实验检测验证其正确性。     

一种小型惯性测量单元的精确标定技术

研究了一种基于MEMS陀螺和加速度计的惯性测量单元(IMU)的系统标定技术,建立了陀螺和加速度计的温度漂移和非线性误差模型,采用逐步线性回归法对以上模型进行了简化,并设计了补偿算法;实时补偿效果表明,在-40℃~60℃的温度变化范围内,惯性测量单元的零位偏值、偏值稳定性和非线性度都达到较高精度,这种误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件误差的标定与补偿问题。     

一种基于FPGA的水膜仪系统的设计与应用

为实现对水膜的高精度测量,设计了一种基于FPGA的水膜厚度检测仪,该系统由FPGA控制模块、超声波发射模块、回波信号接收模块、温度反馈模块和算法结算水膜厚度模块等构成,采用渡越时间检测法测量水膜厚度,根据实时温度反馈提高测量精度,通过算法减小误差。实验结果表明,该系统盲区小,测量范围2.25 mm～500 mm,精度达到0.1 mm,并且具有较高的稳定性,可以用于实际工作。     

机械制造精密零件钻孔误差控制技术研究

机械制造精密零件钻孔过程中,主要针对单一的误差影响因素建立控制函数,实现钻孔误差的控制,导致控制后制孔偏差角度依旧较大。因此,提出机械制造精密零件钻孔误差控制技术研究。根据精密零件钻孔机床的加工模式进行分析,构建制造机床运动学模型。从介观尺度加工特点入手,描述不同钻孔加工工序的状态矢量,获取动态工序流误差传递模式。依托于加工误差映射理念,设计钻孔误差源诊断方法,获取误差源集合。对于钻孔设备刚度、热加工工艺以及定位基准精度等误差影响因素,分别建立控制函数,再结合多元统计法生成综合性控制函数达到控制精密零件钻孔误差的目的。实验结果表明：所以控制技术应用后钻孔的偏差角度均低于0.5°,与基于神经网络、基于修正参数的误差控制技术的应用效果相比,钻孔偏差角度降低了85.78%、81.14%。     

云环境下基于PLC模拟量优化的机床自动控制系统设计

为解决机床控制过程中存在抖振现象和控制误差过高等问题,在云环境下通过对PLC模拟量的优化,从硬件和软件两个方面优化设计机床自动控制系统;加设可编程逻辑控制器,改装传感器、电机与驱动器,调整系统电路的连接方式,完成机床自动控制硬件系统的优化;根据机床生产任务,规划执行刀具移动轨迹,设定机床加工强度与速度参数;在云环境下自动采集机床模拟量与位姿,根据当前机床运行参数与设定参数之间偏差,利用优化PLC的模拟量并生成机床控制指令,实现机床自动控制功能;通过系统测试得出结论：综合两种实验场景,与传统控制系统相比,优化设计系统在机床执行刀具位置、运行速度和执行应力三个方面的控制误差分别降低约13.8 mm、0.26 mm/s和3.4 N,同时机床抖振现象得到显著抑制。     

激光测径仪温度测量误差修正的研究

针对激光测径仪随温度变化而易造成测径误差的问题,采取了线性补偿和非线性补偿相结合的温度误差修正方案.研究了温度与误差数据的关系,通过给激光管加热,测试在温度影响下激光测径仪的误差数据.针对误差数据建立线性补偿和非线性补偿相结合的修正方案,设计了相应的温度误差修正系统.研究结果表明,经过温度误差补偿后,激光测径仪的精度大大提高,最大相对误差由修正前的0.39％减小到修正后的0.04％,且随着温度的变化,测量数据无明显波动.     

基于LabVIEW数控机床几何误差补偿的研究方法

介绍一种由软件、硬件控制的数控机床几何误差补偿。误差补偿的原理主要是运用多体系统运动学理论建立机床几何误差模型,用硬件控制固化在程序存储器内的误差补偿程序完成补偿任务,并通过RS-232C实现数控机床与Windows平台通信与数据交换。