基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时,考虑到参数的不确定性,设计非线性摩擦自适应控制方案,对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明,基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪,并能大大提高系统的跟踪精度。     

数控机床工作台与导轨部件对进给爬行的影响

数控机床在低速进给时,产生非匀速爬行,对加工精度和工件表面质量非常不利。应用控制理论对机床进给系统的爬行现象进行了理论分析,建立了进给系统的数学模型,用有限差分法对模型进行了模拟。在此基础上,系统研究了各种因素对爬行的影响,着重分析了工作台与导轨的摩擦对爬行起的作用,并且对不同摩擦力工作状态下的系统进行了对比,最后进行了实际测试验证。     

高速、高精度数控伺服工作台摩擦误差的研究

建立了一种考虑摩擦影响的PID控制下的高速、高精度进给伺服工作台的数学模型。伺服机构中的摩擦力是采用一种“两维混合摩擦模型”来描述的。该模型可以根据滑动速度、表面接触物体的油膜厚度等计算摩擦力。通过数值仿真与实际测量 ,在大范围的工况下 ,研究了圆运动过象限时出现凸起的误差现象。通过计算与试验结果的比较 ,证明了提出的考虑摩擦影响的数学模型能够精确地模拟PID控制下的高速、高精度进给伺服工作台的动力学过程 ,能够正确地预测进给运动过程中摩擦误差大小及特征。     

基于神经网络的工作台位置伺服控制的研究

针对工作台在快速进给过程中存在的超调现象,考虑负载对位置伺服系统的影响,提出了工作台神经网络控制策略。设计了工作台的机械结构并建立了数学模型,对位置伺服系统设计了神经网络控制器,并且采用了摩擦补偿。进行了神经网络的MATLAB仿真研究,结果表明该方法有效地抑制了工作台在快速进给过程中的超调现象,实现了位置的精确控制,验证了控制策略具有较好的鲁棒性。     

考虑摩擦影响的重型车床横向进给伺服系统建模与分析

进给伺服系统的性能对数控(Computer numerical control,CNC)机床的跟踪及定位精度、零件加工表面质量等有着重要的影响。摩擦的非线性还会导致系统产生爬行行为。结合Karnopp摩擦模型的建模思想,对导轨接触面建立一种改进的Stribeck摩擦模型,针对闭环控制的某重型车床的横向进给系统,建立综合考虑轴的扭转刚度、齿轮的啮合刚度、丝杠螺母副接触刚度、丝杠轴和轴承轴向刚度、导轨接触面摩擦的进给伺服系统的多自由度力学模型和数学模型,研究低速进给下各个刚度变化对工作台输出的影响,找出机械传动系统中的刚度薄弱环节。现场试验测试工作台不同进给位置下的临界爬行速度,得出临界爬行速度与丝杠的轴向刚度的关系,理论分析与试验结果相吻合。所得结论可为该重型车床横向进给伺服系统的优化设计和性能预测提供理论支持。     

X-Y数控精密工作台进给伺服系统摩擦误差的分析

针对一个具体的X-Y数控精密工作台,建立了一种考虑摩擦影响的进给伺服系统数学模型.工作台中的摩擦力是借助二维混合摩擦模型来预测.通过MATLAB仿真模拟与采用球杆仪测量结果比较,分析了工作台在不同工况下做圆运动换象限时误差轨迹出现的尖峰突起现象,进而得到了进给速度及进给半径对摩擦所造成的轮廓误差产生影响的结论.     

基于迭代学习控制的电液机床工作台控制方法研究

鉴于传统机床加工零件时工作台进给动作具有重复运动的特点,该文为了实现工作台高精度位置伺服控制,提出了一种基于迭代学习控制算法,用于解决机床工作台位置控制误差。首先,以组合数控机床为研究对象,介绍并建立数控机床工作台位置伺服系统数学模型;然后针对工作台位置伺服系统设计迭代学习控制算法框架;最后搭建数控机床工作台位置伺服实验平台,用不同控制信号对迭代学习控制算法和传统的PID算法进行对比实验。实验结果显示,基于迭代学习控制算法有效地降低了机床工作台控制误差,为数控机床高精度进给运动提供参考。     

CK6150快速进给的参数优化

数控机床工作台的快速进给速度是一项重要的性能指标，它反映了机床的响应速度和工作效率。目前，数控系统提供的快速进给速度越来越高，使许多数控机床的机械系统望尘莫及。数控机床工作台移动速度的快慢虽然重要，但没有统一的标准要求，不是必须达到的性能指标。如果仅仅为了提高数控机床工作台的快速进给速度而增加机床的制造成本，并不可取。但是，如果通过对机床参数的优化，提高数控机床工作台的快速进给速度，则是一个值得探讨的问题。     

直接磁悬浮永磁直线电动机运行机理研究

为了消除直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种靠自身产生的磁悬浮力来解决数控机床进给系统的悬浮问题的新型直接磁悬浮永磁直线同步电动机。采用虚位移法建立其瞬态场中推力及磁悬浮力解析表达式,并且利用有限元软件ANSOFT对电动机进行了建模及分析,将解析计算结果与ANSOFT的计算结果进行比较,证明了采用虚位移法所建立模型的正确性,同时仿真结果也证明该直接磁悬浮永磁直线电动机自身可以产生解耦的并且可控的推力和悬浮力,实现无摩擦进给。     

基于改进Dahl模型的进给伺服系统摩擦特性与补偿研究

针对进给伺服系统存在非线性摩擦的问题,介绍了一种改进的Dahl模型,该模型改善了Dahl模型的稳定性且能描述滞-滑现象。基于该模型建立了考虑摩擦的系统综合数学模型,分析了摩擦对系统性能的影响;同时,对系统采用固定摩擦补偿,并利用遗传算法对摩擦参数进行了辨识。结果表明,改进的Dahl模型摩擦补偿有效地消除了系统因摩擦而产生的"死区"、"平顶"等不良现象,提高了系统的运动精度和定位精度。     

840D数控系统摩擦补偿的实现

首先介绍了数控伺服系统中摩擦的非线性特征,以及摩擦非线性导致的轮廓精度变差现象.然后,介绍了西门子840D数控系统摩擦补偿的原理、模式选择、步骤,以及如何利用自适应摩擦补偿在汉江HJ044五坐标五联动数控镗铣床上消除圆插补中的过象限误差.最后,验证了自适应摩擦补偿的效果.     

电液伺服振动台加速度谐波抑制

由于电液伺服振动台中存在着伺服阀死区、连接铰间隙和摩擦力以及液压缸摩擦力等非线性因素,导致振动台在正弦信号激励下,其加速度响应信号中存在高次谐波失真现象。在对死区、间隙、摩擦补偿相关文献的研究基础上,针对加速度信号中的高次谐波,提出了基于自适应陷波器技术的自适应谐波抑制策略。其参考信号频率为要抑制的谐波频率,利用最小均方自适应滤波算法,根据输入加速度信号与反馈加速度信号间的误差信号,实时在线调整自适应滤波器的权值。参考信号经过自适应滤波器的加权作用,得到自适应滤波器的输出,它是一个谐波复制信号,并与输入加速度信号相加,以抑制输出加速度信号中的谐波,进而使总谐波失真度大大降低。     

数控进给驱动动态性能的快速测试与评价方法

提出一种数控进给驱动动态性能的测试和评价方法。该方法以标准位置斜坡信号作为数控进给驱动系统输入,利用Heidenhain平面光栅测试工作台响应,利用提出的动态性能指标对测试结果进行评价。测试与评价实例的结果表明,该方法能快速而有效地测试和评价数控机床动态性能,为伺服参数的优化调整和机床的优化设计提供依据,并能比较不同数控机床的动态性能。     

含摩擦环节伺服系统的分析及控制补偿研究

讨论了伺服系统中摩擦环节的特点和由摩擦引起的爬行、混沌现象。介绍了含摩擦环节的伺服系统的分析方法、补偿手段及其研究现状,展望这一领域今后的研究方向。     

基于LuGre模型的自适应摩擦补偿

为提高开放式伺服系统的动态性能,使其具有良好的适应能力,提出一种基于LuGre模型的自适应摩擦补偿方法.建立开放式伺服系统的动力学模型,并通过LuGre模型来描述系统的摩擦特性.考虑到摩擦模型的参数会随系统变化而发生改变,采用Backstepping方法设计自适应摩擦补偿控制器,并采用Lyapunov定理证明系统的全局渐进稳定性.通过可编程多轴控制器(Programmable multi-axis controller,PMAC)编写伺服算法实现该自适应摩擦补偿方案,并通过试验验证该方案的有效性.试验结果表明:与传统的速度加速前馈补偿相比,该自适应摩擦补偿方案在正弦运动作为输入信号时,其跟踪误差由±40 μn降低到±7 μm.采用该补偿方案能有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,为提高伺服系统的动态跟踪性能奠定基础.     

数控机床进给伺服系统惯量的分析与计算

数控机床进给伺服系统的惯量是影响其系统性的重要因素,对数控机床进给伺服系统惯量进行了分析与计算,并强调数控机床进给伺服系统须惯量匹配。     

Applications of integrated motion controllers for precise CNC machines

The error resources of precise motion control systems are basically categorized into linear and nonlinear effects. To realize the precise motion of industrial computer numerical control (CNC) machines, this paper presents an integrated motion control structure with modular algorithms, including both the linear control and the nonlinear compensation. In the linear control design, this study applies three algorithms: (1) feedforward control to address the tracking errors, (2) cross-coupled control to reduce the contouring errors, and (3) digital disturbance observer to lessen the effects of modeling errors and disturbances in real applications. The results indicate that the linear motion controller achieves greatly improved accuracy in both tracking and contouring by reducing the servo lags and mismatched dynamics of the different axes. However, the adverse effect due to friction still exists and cannot be eliminated by applying the linear motion controller only. This study further integrates the nonlinear compensator and develops friction estimation and compensation rules for CNC machines. The digital signal processors are suitable to implement all the developed linear and nonlinear algorithms, and the present controllers have been successfully applied to industrial CNC machines. Experimental results on a vertical machining center indicate that, under different feed rates, the CNC machine with the integrated motion controller significantly reduces the maximum contouring error by 135% on average.