简易单轴运动控制器的设计

本文介绍了一款简易单轴运动控制器的设计方法,该控制器仅用一片dsPIC芯片实现按键、显示、单轴插补、IO管理等功能.论文首先简单介绍了运动控制器的硬件实现及软件设计总体思路,然后重点阐述了用定时器中断实现的单轴插补算法,针对同步启动的直线加减速脉冲生成方法的不足,提出了一种延时启动的加减速脉冲生成方法,试验波形表明,用该方法生成的直线加减速脉冲频率至少可达25k,完全满足步进电机最大速度要求,运动控制器参数设置灵活,在步进电机精确定位控制场合有一定应用价值.     

自适应参数曲线插补算法研究

在现有参数曲线插补算法的基础上,基于预估-校正和牛顿迭代公式提出一种新的自适应参数曲线插补快速求解算法;研究指数加减速曲线的时间常数值和系统的柔性、加减速能力的关系,提出变时间常数的指数加减速控制算法。算法改善了传统指数曲线加减速控制中速度突变的缺点,能够在保证加工精度的前提下减少速度波动,并提高曲线的加工效率。仿真实验表明,该算法计算过程简单、切实有效,满足数控系统的强实时性要求并大大提高了其加工过程的速度平稳性和插补效率。     

基于NURBS曲线的加减速控制方法研究

针对目前参数曲线加减速控制的不足,研究了基于NURBS曲线的插补前抛物线-直线-抛物线的S形加减速自适应控制方法,将高速加工中容易超限的弓高误差、机床所承受的加速度等参数均考虑在内,而且合理地解决了插补前加减速控制中的减速点预测困难的问题。采取优化、简化等快捷算法,实现了实时自适应的NURBS等参数曲线插补的加减速控制,并用实例进行了验证。     

引入路径夹角的粒子群-禁忌搜索寻优的速度前瞻算法研究

对于数控系统中路径为连续微线段的情况,本文提出一种采用路径夹角进行优化的多轨迹速度前瞻算法。首先基于前后路径的约束关系初算衔接速度;其次,利用路径夹角对衔接速度和最大加加速度进行矢量函数映射;最后,将所得的加减速参数带入S加减速模型,得到非对称S型加减速数据。并且采用粒子群-禁忌搜索混合算法对路径夹角的调整系数进行优化,通过熵权法计算适应度函数合成指标的权重,得到全局最优解。结果表明,相较于传统S型加减速,本文采用的算法显著提高了加工效率,具有较高的柔性,极大的提升了加工精度。     

优化FS-0iMD数控系统的参数实现机床的高速高精度加工

根据机床的机械特性和加工要求,进行伺服参数的优化调整,可更好地发挥数控机床控制系统的性能,提高机床的速度和精度。阐述了速度增益和速度环前馈系数的调整,以及CNC按进给速度差值进行加／减速控制时确定伺服参数的调整方法。     

基于加减速时间控制的S形速度规划新算法研究

针对使用S形曲线加减速控制的7阶段模型时参数设定复杂以及使用困难的问题,提出了基于加减速时间控制的5阶段S曲线柔性加减速控制方法。S形曲线加减速控制的7阶段模型可以解决直线加减速方法中加速度、速度不连续导致的冲击问题,但是其规划参数的设定复杂,使用过程中容易出错。通过对原有的S形曲线加减速控制的7阶段模型进行分析,建立了加减速时间与加速度、加加速度的函数关系,在保证速度控制平稳运行的前提下,使参数设定大大简化,使用更为方便;同时,解决了基于加减速时间控制的规划方法无法适用的问题。仿真结果表明,利用基于加减速时间控制的5阶段模型控制方法可以在保证加速度、速度曲线连续,提高系统柔性的前提下,使参数设定更为简单直观,具有较高的实际应用价值。     

数控系统的直线和S形加减速研究

推导出了用于机器人及机床控制器前加减速的直线加减速和S形加减速的离散采样迭代公式。实际减速点和理论减速点不重合，在减速过程中会出现一段时间的低速运行，为了消除低速运行段，提出了按照实际的剩余长度重新计算加速度和加加速度的算法，对该算法进行了仿真和实验验证，结果表明，该算法可有效地消除减速过程中的低速运行段。     

加加速度连续的S型加减速规划算法

传统S型加减速算法的加加速度不连续,起止端存在突变导致机床进给过程中产生柔性冲击和振动,为改善机床动力学性能,提出一种加加速度无突变且起止端连续的加减速曲线,其加速度曲线由三角函数与直线连接组成,与纯三角函数加减速曲线相比可控性更强,可充分发挥机床的最大加速度性能。根据该加减速曲线特征,分别提出位移适配法和区间判别法对加减速模式进行规划分析和探讨。区间判别法只需简单少量计算,便可快速寻找出速度取值区间,规划出曲线构型,通过一次方程求解即可获得完整加减速曲线参数,具有高效的求解效率。对规划方法给出了详细的数学描述,并对曲线算法进行仿真和实验,得到平滑连续的加速度与速度曲线。仿真和实验结果证明了研究内容的正确性和方法的可行性。     

轨迹插补加减速离散算法改进

加减速离散算法常用于梯形加减速或S形加减速当中，传统加减速离散算法每走一步，计算一次脉冲间隔时间（即插补周期）。当加减速距离过长、加工精度要求不高时，为了减少计算量，并能够针对不同精度要求对速度跃变“台阶”高度做出调整，使计算量和精度最合适，可以用每隔多步计算一次脉冲间隔时间的方法来改进离散算法。仿真结果表明，改进的加减速离散算法能够有效减少计算量，并能够较为真实地描述和还原速度和位移随时间的变化关系。     

参数曲线柔性加减速前瞻控制算法

针对参数曲线插补的特点,使用S形加减速和三角函数加减速相结合的柔性加减速方法对参数曲线的插补路径进行前瞻控制。在规划前瞻速度过程中,首先根据加工曲线的曲率变化自适应地将前瞻距离分为曲率上升段和曲率下降段。在对前瞻路径进行S形加减速规划时,遇到路径上曲率频繁变化段,为了减小计算量,采用三角函数加减速的方法对速度进行重新规划。这样,在满足机床加减速要求的同时降低了系统计算负荷。仿真结果和实例表明,该算法能够适应复杂曲线的变化,满足高速高精度插补的要求。     

采用Matlab和误差函数法对轨迹生成四杆机构的优化及仿真

提出了一个修正的距离误差函数,主要是针对轨迹产生四杆机构的优化,并对优化结果进行仿真。首先,给出了轨迹生成四杆机构的设计变量,给出了所常用的基于欧几里得距离误差的误差函数。同时,对修正的距离误差函数公式进行推导,并由此推出了目标函数的表达式。其次,采取优化的方法得出最佳机构的设计变量参数值。最后,将优化结果的参数值导入到Matlab软件中进行仿真,并且与传统的欧几里得距离误差仿真结果进行了对比。误差仿真曲线表明,采用修正的距离误差函数对轨迹生成的四杆机构所产生的横向及纵向误差较小,效果良好,从而为轨迹生成四杆机构提供了新的研究方法。     

独立公理在多目标优化设计中的应用研究

将公理设计理论引入优化设计中,阐述基于公理设计的优化设计思想,提出基于独立公理的多目标优化设计方法.通过确定主要的设计参数,将设计参数按无耦合设计的形式分组,生成函数依赖关系表,依照一定的次序对各目标函数进行优化,并给出基于独立公理的优化设计流程.实例结果表明,该方法简便可行,可为圆柱螺旋压缩弹簧以及其他产品的设计提供一种新的方法.     

机床主轴最佳参数的实用计算

提出计算机床主轴最佳参数的一种实用方法，即利用函数曲一图求出最佳参数的近似值作为初始值，再用平方根迭代法精确化，以达到所需的任意准确度。还将计算结果列成四位有效数字的函数表，以备求解时查和，对于没有函数曲线或函数表的情况，给出了由平方根迭代法推导出来的近似计算公式，这些方法可和计算器完成，也可编程后用计算机完成。     

基于响应面法的小孔节流静压气体轴承多目标优化

以小孔节流静压气体轴承为研究对象,针对其承载力和刚度较低、质量流量较大的缺点,运用响应面设计方法全面分析节流器参数对轴承性能的影响以及参数间的交互影响,得到拟合公式用于预测目标函数,并以最大承载力、最大刚度和最小质量流量为设计目标,采用精英策略的多目标遗传算法优化轴承性能。研究表明:节流器参数对轴承性能的影响极显著,同时,参数间的交互作用对目标函数均有影响;节流孔直径是承载力和质量流量的显著交互影响参数,偏心率是刚度的显著交互影响参数。得到的二阶多项式拟合公式可以近似计算轴承性能,可用于预测目标函数。采用多目标优化使轴承承载力提高57.1%,刚度提高50.2%,质量流量减少40%,显著提高了轴承性能。     

基于虚拟材料的滚珠丝杠进给系统建模及其时变特性研究

为了建立准确的滚珠丝杠进给系统的动力学模型并对其时变特性进行分析,提出了单独获取法和整体获取法两种基于多目标优化方法获取结合部虚拟材料模型的参数,从而构建精确的结合部虚拟材料模型,并通过实验对此两种参数获取方法进行了验证.结果表明:基于多目标优化方法整体获取全部结合部虚拟材料模型参数的获取方法计算量大,但操作简单且获取...     

液压振动台非线性摩擦力测量与参数辨识

电液伺服振动试验系统低速和换向时的非线性摩擦力测量和补偿是提高运输环境试验和地震模拟试验等控制精度的重要途径。为了定量获取液压振动台的非线性摩擦力,基于Stribeck效应建立了改进的电液伺服振动试验系统非线性摩擦力理论模型,并结合液压振动台的力平衡方程建立了非线性摩擦力待辨识参数的目标函数。提出一种基于位移闭环控制的简便方法对不同速度下的液压振动台油缸压力差进行测量,得到振动台液压缸与活塞杆之间的摩擦力随速度变化的数值规律。采用基于拟随机序列的混合遗传算法对非线性摩擦力理论模型的4个参数进行了辨识。试验结果证明了本研究方法的可行性,为液压振动试验系统加速度波形失真补偿提供了一定参考。     

基于粒子群算法的地震模拟振动台参数整定方法

在地震模拟振动台控制系统中,常用三参量控制实现加速度信号控制,但目前三参量参数理论整定方法存在效果不佳、智能化程度不高等问题.针对三参量控制参数整定问题,提出一种基于粒子群算法的三参量控制参数整定算法,利用粒子群算法的寻优能力完成三参量参数整定研究.仿真结果显示,与理论值相比,粒子群算法自整定值控制下地震模拟振动台波形...     

Robust design of roll-formed slide rail using response surface method

Roll-formed slide rail used as a linear guide in the smooth movement of drawers and electric home appliances requires geometric accuracy because of a high slenderness ratio and repetitive usage. The slide rail members are generally manufactured by the roll forming process. The members need to be improved through optimization of the roll forming process instead of the designer’s experience. The aim of this study is to determine the optimal roll forming parameters by using robust optimization technique which simultaneously satisfies three criteria such as the shape difference factor, bowing factor and modified inverse safety factor. In analyzing the roll forming process of a slide rail, the pass in which the largest deformation occurred is designated as the target pass. The positions and the curvature of rolls are set as the design variables in the target pass. The cost function, which is comprised of the shape difference factor, the bowing factor, and the modified inverse safety factor, is obtained using design-of-experiments of the response surface method. The cost function is minimized by using robust optimization techniques and showed the improved the straightness and the durability value. Using robust design methodology, it is able to be constructed a multi-objective function, and optimized three criteria, simultaneously.     

聚四氟乙烯基减摩复合材料配方优化

以聚四氟乙烯为主体材料,加入石墨、铜粉、碳纤维等粉末作为填充剂,进行减摩复合材料配方优化设计。采用均匀设计法确定了聚四氟乙烯基减摩复合材料各配料实验点的分布,用样条函数对均匀设计法所设计配方得出的摩擦因数进行拟合,找出配料与摩擦因数的关系,建立配方优化拟合曲线,最后在拟合曲线上选取具有代表性的试验点进行验证试验,达到优化的目的。试验结果表明：配方中单独添加铜粉或石墨时,减摩复合材料的摩擦因数均较高,说明石墨和铜粉必须配合使用;当铜粉和石墨各为30份时,及铜粉为60份,石墨为15、25、30份时,材料的摩擦因数在整个配方体系中均较低;得到的配方优化拟合曲线趋势符合实际,可以用于指导生产。     

Constitutive parameter estimation of a viscoelastic model with internal variables

The present work is aimed at estimating the constitutive parameters of viscoelastic materials. The constitutive equation addressed takes internal dissipation into account by means of internal variables. The identification method is built on an optimization problem where the minimum of an error function is sought. The error function is based on the difference between the experimental response and the model one and on the parameter constraints as well. The constitutive parameters are estimated by means of a modified Levenberg–Marquardt algorithm. The viscoelastic material characterization was assessed through an experimental set-up consisted of a sandwich beam with a viscoelastic core.