基于AR模型的转台位置预测方法研究

文中以时栅传感器作为CNC系统的位置检测元件,为了解决时栅数控转台在高精度伺服控制过程中的动态位置反馈误差问题,研究了利用AR模型对转台位置进行预测测量的方法。介绍了预测测量的原理、预测方法及其模型系数的求解方法,并搭建了一套实验装置。经实验表明,基于AR模型的转台位置预测测量方法正确可行,通过修正后预测误差为±2″.     

时栅式直驱转台位置反馈智能接口设计

分析时栅式直驱转台位置反馈存在的动态位置反馈误差。提出利用预测测量方法,将时栅绝对式离散角度测量值转化为增量式连续脉冲信号。研制时栅式直驱转台位置反馈与控制智能接口电路,实现空间位置预测测量。开展预测实验,测得直驱转台空间位置的动态预测误差为!4″,表明时栅可以满足直驱转台高精度的要求。     

基于ARM的高精度全闭环时栅数控转台

为了提高数控回转工作台的控制精度,利用高精度时栅角位移传感器作为测角元件,实时测出转台的实际角位移并将其作为反馈信号,以ARM处理器做为数控系统的核心器件,实现了全闭环的转台数控系统。该系统通过机械传动比细分的方法,解决了在步进电动机步距角细分不足的情况下,实现高精度控制。实验证明该系统具有运行稳定,定位精度高等优点,在机加工领域有较好的应用前景。     

基于时间序列的时栅数控转台动态建模研究

时栅运用到全闭环数控转台作位置检测传感器时,需采用时空变换算法将时栅的时域信息转换成空域信息。利用时间序列对时栅数控转台的动态特性进行建模,依据一系列过去测量值预测下一采样时刻角位移,将原本等时采样的绝对式角位移转换为全闭合数控系统需求的等空间增量式连续脉冲。介绍了动态模型选择标准、参数估计、模型检验的原理和算法。采用当前预测值对上一次预测误差进行实时修正,以消除累计误差保证测量精度。实验证明了采用动态模型预测算法能保证动态数控角位移测量误差控制在±3″以内,实现了精密动态全闭环角位移测量。     

基于支持向量机时栅数控转台时序预测研究

时栅代替光栅等传统位移传感器运用到全闭环数控转台做角位移检测部件,需采用时空变换算法将时栅的时域信息转换到空域信息。运用时间序列分析出时栅数控转台的测试数据依存特性,采用支持向量机建立起未来测试数据和历史样本的映射关系,从而得到测试数据中隐含的规律。依据过去相关测量值采用支持向量机回归预测下一采样时刻角位移,将原本等时采样的绝对式角位移转换为全闭合数控系统需要的等空间增量式连续脉冲。并且在误差控制方面,采用当前预测值对上一次预测误差进行实时修正,消除累计误差保证测量精度。实验证明支持向量回归的时间序列预测算法能有效保证动态数控角位移测量误差控制在±2.5″以内,实现精密全闭环角位移测量。     

用于高精度数显时栅转台的全自动测控系统

设计了一种集数据采集、处理和控制于一体的数显时栅转台全自动测控系统。介绍了系统的硬件组成及软件各个模块的功能,并给出了增量型数字PID算法的主要程序框图。本系统具有较高的智能化,能在无人干预的情况下自动完成仪器的标定和测试工作。使用结果表明,测试效率和效果达到了要求的指标。     

数控转台核心技术研究

数控转台为加工中心和数控镗铣床提供了回转坐标,通过连续回转加工及不等分回转加工,进而完成复杂曲面加工。数控转台核心技术研究旨在提高数控机床和加工中心的运行精度及可靠性,其内容包括:数控转台结构优化设计、数控转台装配技术、数控转台检测技术。     

基于时栅的直驱转台误差分析与建模

基于时栅的直驱转台是一种新型零传动数控转台,可分析直驱系统的误差源。利用齐次坐标变换的方法分析并给出了转台转动副的几何误差模型,并根据摩擦与速度的稳态关系建立Stribeck摩擦的数学模型。本文进行的误差分析和误差建模可为其它类型的多轴转台的误差建模研究提供参考。     

精密数控分度转台的控制系统设计

融合了时栅传感器测量技术的高精度时栅分度转台,在实际应用过程中出现了因定位精度高,人工很难一次性准确分度定位。针对该问题,利用高性价比的ARM嵌入式处理器,设计开发了一套基于时栅分度转台的自动分度定位控制系统。该系统采用步进电机作为驱动装置,利用转台中嵌入的高精度时栅角位移传感器的角位移测量数据作为反馈,构成闭环控制,采用分段控制、逐步逼近的控制算法,达到高速、高精度分度定位的目的。实际应用表明:该控制系统的分度定位精度达到±2″。     

基于时栅传感器的精密数控线切割机研发

介绍了一种可用于内齿加工的高精度线切割机,解决了三个关键技术问题:基于时栅传感器的空心式高精度分度转台;钼丝在加工过程中的自动检测与自动补偿;空心转台的智能化时栅传感器、钼丝测量系统和线切割机中央控制系统三部分间的局部闭环及全系统大闭环数控。介绍了相关的理论基础、技术难点和设计思想。实践结果表明,该系统实现了高精度、高效率、高可靠性和低成本等综合先进指标,具有可以填补国内空白的良好市场前景。     

提高嵌入式时栅传感器精度的测头设计方法

为了提高嵌入式时栅传感器的测量精度,结合传感器自身的特点,从布置方式和数据处理方式两方面设计了特殊的测头结构。首先利用谐波分析确定传感器误差的主要频次,然后分别针对长短周期的误差采用多组测头对径和间隔特定空间角度的测头布置方式,测头之间采用数字量相加的数据处理方式,最后通过实验验证了这种测头结构和数据处理方式的有效性。结果表明,与单测头结构相比,这种方式将长周期误差降低了75%,短周期误差降低了83.6%,更有效地提高了嵌入式时栅传感器的测量精度。     

双轴转台精度检测与研究

双轴转台为加工中心和数控铣床提供了回转坐标,通过双轴数控转台的等分回转、不等分回转、连续的回转,实现了数控机床复杂曲面精密加工,扩大了数控机床的加工范围。针对双轴转台应用于五轴数控加工中心目前ISO认证中没有规定其几何精度和运行精度检验方法。通过变换矩阵建立双轴转台误差模型,分离出双轴转台运动误差,采用实验方法,改变双轴转台试验装置运动参数,对分离出的双轴转台进行精度检测。针对五轴数控加工中心用双轴转台几何精度和运行精度检验,提出了一种有效的双轴转台误差测量与分析方法。     

基于测量基准变换的增量直线式时栅传感器研究

针对目前绝对直线场式时栅无法满足全闭环数控系统要求的增量式直线位移反馈的问题,采用测量基准转换方式从时间域的角度处理绝对直线场式时栅的空间位移信息,运用时间序列算法分析绝对式时栅采样数据序列的内在相关性,建立自适应递推算法。通过时间触发采样将时栅传感器过去的测量数据作为样本集,递推时栅下一个采样时刻的位移,在下一个采样周期内将直线时栅的绝对位移代表的增量式时间脉冲通过脉宽调制的方式连续发出,实现绝对式直线时栅到增量式直线时栅位移传感器的转换设计。实验表明在76.604 mm的范围内增量式直线时栅位移传感器达到±2μm的测量精度。此研究可将原绝对式直线时栅位移传感器运用于全闭环增量式直线运动数控系统,具有重要现实意义。     

寄生式时栅传感器动态测量误差的贝叶斯建模

为了提高寄生式时栅传感器的测量精度,分析了它的工作原理和动态误差组成,得到其主要误差分量为常值误差、周期误差和随机误差等。针对寄生式时栅误差特点,建立了寄生式时栅动态误差高精度预测模型,并与其他建模方法进行了比较。选用插入标准值的贝叶斯预测模型,以实际测量的传感器第一个对极动态误差数据进行建模,在后续对极特定位置插入部分实际误差测量数据,建立误差预测模型,预测了传感器后83个对极的动态误差。另选用三次样条插值和BP神经网络建模方法对寄生式时栅整圈动态误差建模,并与建立的误差模型进行了对比。验证实验表明,三次样条插值建模时间最短(0.62s),但其建模精度不高(16.050 0″);贝叶斯动态模型建模时间(0.86s)略长于三次样条插值,但建模精度最高(0.415 3″);BP神经网络建模时间最长(32min),但建模精度最低(19.680 2″)。同时贝叶斯插入标准值建模方法所需数据点(69395个)远少于三次样条和BP神经网络建模数据点(235526个),节省了大量的标定时间和建模数据量,因此可用于寄生式时栅传感器的动态测量误差高精度建模修正。     

关于高速数控转台动平衡检测及调整方法的研究

对高速数控转台动平衡检测理论进行了剖析,阐述了动平衡评价标准,提出了高速数控转台动平衡检测硬件的选用方案,并对高速转台动平衡的调整方法进行了详细说明.结合实例,验证了动平衡调整方案,结果表明此项研究能够降低高速数控转台在使用中由于动不平衡引起的振动,进而提高机床加工的精度及机床的使用寿命.     

时栅传感器动态测量误差补偿

针对动态测量误差特点,提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模,运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差的补偿参数。对于系统误差补偿后残留的随机误差采用灰色预测GM(1,1)模型进行预测,通过模型残差检验和修正提高预测的准确度。实验结果表明,利用傅里叶级数逼近模型有效地补偿了系统误差,误差由±35″降至±7.8″,通过最小二乘参数寻优得到的补偿参数与传感器实际的误差成分相吻合;灰色预测模型则很好地预测补偿了残留的随机误差,误差由±7.8″降至±3″。得到的结果表明,利用这种对误差分别建模和补偿的方法大幅度地降低了动态测量误差,有效地提高了传感器的测量精度。     

基于d-q变换的时栅位移传感器补偿算法研究

时栅位移传感器是一种新型的栅式位移传感器,它不依赖于空间等分性,通过对时间脉冲进行计数而间接实现位移测量,从而达到高精度测量。介绍了传感器信号变形的原因,将非理想信号分为幅度不均、相位偏移、谐波叠加、波形变形四大类;针对幅度不均的情况,将电机学中的d-q变换引入误差分析,推导出其对寄生式时栅位移传感的误差影响;同时在d-q变换原理的视角下重新审视了时栅传感器的测量过程。提出了一种基于变换空间下的误差补偿算法,d轴的差分项与q轴误差项变化趋势一致,利用变化规律对测量误差进行实时修正。在安装有寄生式时栅位移传感器的实验台上进行了实验并获取到不同情况下的误差曲线,实验结果表明,该补偿算法可以消除幅度不均带来的二次误差,误差压制量达到90%。这种算法完全利用信号本身的特性,无需复杂的运算,将误差部分进行了补偿达到了比较理想的效果,对于寄生式时栅位移传感器的实际应用具有重要意义。     

基于平面线圈的高分辨力时栅角位移传感器

针对现有时栅角位移传感器采用漆包线绕制工艺加工线圈,导致线圈布线不均且容易随时间发生变化进而影响测量精度的问题,提出一种基于PCB技术的新型时栅角位移传感器。该传感器通过在PCB基板的不同层上布置特定形状的激励线圈和感应线圈,形成两个完全相同并沿圆周空间正交的传感单元;当在两传感单元的激励线圈中分别通入时间正交的两相激励电流后,通过导磁定子基体和具有特定齿、槽结构的导磁转子对传感单元内的磁场实施精确约束,使两传感单元的感应线圈串联输出初相角随转子转角变化的正弦感应信号;最后通过高频时钟脉冲插补初相角实现精密角位移测量。利用有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真。根据仿真模型制作了传感器实物,开展了验证实验,并对实验中角位移测量误差的频次和来源进行了详细分析。经过标定和补偿,最终获得了整周范围内误差在-2.82″~2.02″的时栅角位移传感器。理论推导、仿真分析和实验验证均表明,该传感器不仅能实现精密角位移测量,还能在激励线圈和感应线圈空间极距和信号质量不变的情况下,将位移测量的分辨力从信号源头提高1倍,且结构简单稳定、极易实现,特别适用于环境恶劣的工业现场。