基于自适应控制的双电动机同步传动控制技术的研究

双电动机同步传动是龙门移动式镗铣加工中心的关键环节。采用自适应控制技术，通过检测从动轴状态和主动轴状态之间的误差，经过自适应律产生的反馈作用来修改主动轴和从动轴控制器的参数，产生辅助控制量，使其在速度上保持一致。驱动元件采用直线永磁伺服电动机，以发挥其高速动态响应能力。仿真结果表明，此种控制方案具有鲁棒性强、同步误差小的优点。     

基于直线电动机驱动的2X-Y联动进给轴圆轮廓误差测试研究

分析高速机床上直线电动机驱动进给轴的优越性,构建了基于直线电动机驱动的2X-Y联动进给轴实验平台,给出了联动进给轴在XOY平面内的圆轮廓误差的评定方法和误差值的两个表现形式:圆度的偏差和均方根差。探讨了应用双频激光干涉仪测量实验平台圆轮廓误差的测试原理和方法,并对2X-Y联动进给轴圆度的偏差和均方根偏差进行测试实验研究,测试结果表明圆度的偏差和均方根偏差都随进给速度增大而增大,随进给加速度增大而减小,圆轮廓插补过程应当避免1m/s2以下的过小进给加速度。     

基于加速度补偿的龙门移动式镗铣床双直线电动机滑模解耦同步控制研究

针对龙门移动式镗铣床同步伺服问题进行了研究,并用两台直线电动机作为龙门柱纵向进给的传动机构。为了实现速度同步,采用滑模控制策略对双电动机同步伺服系统进行鲁棒解耦控制。并通过检测龙门框架不平行时所产生的应力变化来实现加速度动态补偿,以消除滑模控制的抖振现象,进一步提高同步精度。仿真结果表明该控制方案具有很强的鲁棒性,在不对称负载的条件下能实现动态同步。     

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%。     

混合KPLS与模糊逻辑的双直接进给轴全行程热误差建模及补偿

为了提高双直线电动机驱动的同步直接进给轴的运动精度,对该类直接进给轴的全行程热误差在线补偿方法进行了研究。分析了双直接进给轴全行程热误差的影响因素,提出一种基于核偏最小二乘法(Kernel partial least squares,KPLS)和模糊逻辑相结合的双直接进给轴全行程热误差的在线补偿方法。应用激光干涉仪测量其热变形量,使用热电偶和红外测温仪测量进给机构关键点的温度,以时间匹配温度和变形量数据建立统计样本,在均匀离散点位置建立热误差KPLS识别模型,通过在线计算得到离散点热误差补偿量,再根据任意位置与离散点的模糊关联程度,综合计算全行程任意位置处热误差补偿量。以此理论为基础,建立补偿决策函数和补偿系统,依据补偿决策函数智能推断补偿值,通过向数控系统发送补偿码实现在线补偿。在自构建的龙门双直线电动机驱动的直接进给轴平台上,进行全行程热误差在线补偿试验研究,结果表明:混合KPLS与模糊逻辑可以有效的对双直接进给轴全行程热误差在线补偿,经过随机测试验证,补偿后的进给精度提高了50%。     

基于电流环补偿的双轴同步驱动控制方法研究

双电动机共同驱动的龙门结构越来越多地应用于高精度数控机床中。传统的主从式控制方式由于主动轴不考虑从动轴的干扰情况,控制精度不是很高。本文提出了在交叉耦合控制方式下采用电流环补偿的方案并建立了双轴控制模型。设计了利用比例修正器调节电流环增益的控制方法。同时利用了专家PID控制算法对同步误差进行调整。实验表明,该方法有效提高了同步轴的响应速度,具有鲁棒性强、同步误差小的优点。     

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%。     

惯量匹配在改善数控龙门镗铣床性能中的作用

XK2130数控龙门镗铣床加大滑枕铣头减速箱输出轴与主轴间的惯量轴直径,X轴进给由单电动机驱动改为双电动机驱动,实施后整机性能明显改善。     

数控龙门移动式镗铣床的同步控制策略

详细论述了两台直线永磁同步电动机驱动的数控龙门移动式镗铣加工中心的同步控制问题.对同步控制技术以及各种控制策略,包括解耦控制、自适应控制和鲁棒H∞控制等进行了介绍.     

高速直线电动机驱动进给轴热行为测试研究

以自构建的直线电动机驱动高速进给轴为研究对象,对全闭环位置反馈进给轴的温度场分布和热变形特性进行了定性分析,指出直线进给轴的几何热变形可以分为光栅尺线性变形、导轨的轴向俯仰角度误差变形和滑台变形3个部分组成,探讨给出进给轴温度测量以及基于激光干涉仪、电容测微仪的变形测量原理及方案,在自构建的直线进给轴试验台上,对该热变形过程进行了综合测试研究,测试结果客观反映了导致直线进给轴热变形误差的组合要素及其所占比例.     

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。     

新型直驱四轴数控机床电机驱动力优化研究

基于模块化设计技术,研究了一种完全由直线电机驱动的新型四轴联动数控机床,并介绍了其基本结构型式。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于虚功原理,并结合其运动学特性,建立了该主轴机构的刚体动力学模型。以此,提出了机床配重质量配比优化方法,对单边并联双直线电机驱动力进行了优化。结果表明：在相同运动规划条件下,该方法可显著降低电机负载功率,有效提升数控机床的动态性能。     

单神经元PID在多电机同步控制中的应用

针对多电机同步控制系统在动载荷扰动情况下各电机之间的传动比会发生变化这一问题,设计了具有自学习和自适应能力的单神经元PID同步控制算法,建立了多电机同步控制系统的单神经元PID控制规则。系统仿真结果表明,运用单神经元自适应PID控制算法能有效实现多电机同步控制,该算法收敛速度较快,鲁棒性较好,具有较强的抗干扰能力。最后,将该控制算法应用于精梳机四轴同步控制系统,其结果表明单神经元自适应PID同步控制算法能大大增强系统的动态性能,有效缓解负载带来的同步误差。在相同扰动情况下,该方法能更好的使多电机以一定速度同步运行。     

五轴龙门数控铣床转动轴联动中的动态轨迹误差仿真分析

针对刀具两摆的五轴龙门数控铣床,对一转动轴与一平动轴联动及两转动轴联动加工圆弧时的动态轨迹误差分别进行了分析。采用D-H(Denavit-Hartenberg)法对轴的输入的进给指令位置计算公式进行了推导,并将进给指令位置输入到由动态仿真工具Simulink构建的进给伺服系统仿真模型中,得到了圆弧上动态轨迹误差的分布曲线。通过对转动轴联动加工圆弧的动态轨迹误差分析,可为五轴龙门数控铣床转动轴动态误差的检测提供指导,使得机床的检测与调整更加快速和便捷。     

Evaluation and modeling of productivity and dynamic capability in high-speed machining centers

The current standards for machine tool performance evaluation do not consider productivity and dynamic capability at high feed rates. Therefore, industry does not have a basis for machine tool comparison. Testing was conducted with the Heidenhain KGM 181 grid encoder to record the actual path of the machine at high feed rates (up to 16 m/min). This paper shows the significance of linear vs. circular interpolation, acceleration and rate of change in acceleration (jerk) on the productivity and dynamic capability of this type of machine. Under high feed rate interpolations, the actual cycle time can differ significantly from the ideal cycle time (calculated with the traveled distance and programmed feed rate). A modeling approach with simple testing protocols is presented in order to predict the cycle time during machining with high feed rates. The proposed modeling approach provides less than 6% error in estimating cycle time.     

直线电动机在数控机床中的应用

简要阐述了直线电动机驱动相对于传统数控机床进给驱动的优点,分析了直线电动机在数控机床应用中存在的一些特殊问题,介绍了直线电动机在高速加工、异形截面加工等方面的应用,列举了在高速进给驱动系统中的典型应用事例,并对直线电动机在数控机床中的应用前景进行了展望。     

Control research and optimization design of self-synchronous vibrating machine

The dynamic model of a self-synchronous vibrating machine is established. Through the dynamic analysis of the self-synchronous vibrating machine with two motors, the simulation program is run based on the dynamic model of self-synchronous vibrating machine and the mathematical model of an induction motor. Simulation results show that the machine is in a poor synchronous state. The method to control the phase difference of the two eccentric rotors is then analyzed, and the self-synchronous vibrating machine is optimization designed. The simulation demonstrates that the self-synchronous vibration machine achieves speed synchronization and phase synchronization. The results verify the effectiveness of the optimization design.