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《江苏大学》 2011年
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数控机床直线电驱进给系统控制技术及动态特性研究

潘超  
【摘要】:高速切削技术及多功能复合加工中心的迅猛发展要求数控机床进给系统具有高刚度、高精度、高速度和高响应能力,而传统滚珠丝杆进给系统无法满足这种高性能进给要求。直线电动机可以实现高速直接驱动,避免了滚珠丝杆传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚度不足等缺点,可获得高速、高精度运行并具有极好的稳定和动态性能,直线电动机直接驱动进给系统是当前国际上公认的最有前途的数控机床高性能进给系统。 数控机床直线电驱进给系统的高性能运行完全依赖于高性能的直线伺服控制技术,机械传动结构的简化必然增加直线电驱进给系统电气控制的难度,直线电驱进给系统的“零传动”方式使得各种扰动不经过任何中间环节的衰减而直接作用于直线电动机,影响了进给系统的性能;同时,直线电动机存在端部效应、推力波动、齿槽效应等非线性因素,这也增加了控制的难度。为充分发挥直线电动机在数控机床进给系统中的优势,必须对直线电驱进给系统的动态特性进行深入的理论和试验研究,从控制和补偿的角度提出适合于直线伺服系统实时控制的有效方法。 论文围绕数控机床直线电驱进给系统的控制技术及其动态特性展开研究,保证直线电驱进给系统的各种动静态性能指标,提高直线电驱进给系统的动态刚度和抗干扰能力,充分满足高性能数控机床进给系统的要求。论文主要研究内容如下: (1)简要介绍了直线电动机基本结构及工作原理,建立了直线电驱进给系统数学模型和传递函数,对直线电驱进给系统的关键参数进行分析,并与传统滚珠丝杆传动方式进行了比较,指出直线电驱进给系统的优点及控制难点;分析总结了数控机床直线进给伺服系统工作过程中存在的非线性及不确定性扰动因素。 (2)构建了直线电驱进给系统的三闭环控制结构,根据工程设计方法设计了电流环、速度环和位置环的PID数字控制,并进行了仿真和试验。重点研究了基于极点配置算法的直线电驱进给系统,详细介绍了极点配置控制器设计的基本原理及设计方法,具体给出了极点配置自适应算法的计算机实现方法,并通过仿真分析验证了控制器的有效性,最后通过试验比较了PID控制和极点配置两种算法的性能特点。 (3)针对直线电驱进给系统的非线性、不确定性和动态复杂性的特点,引入具有非线性逼近能力、自适应自学习能力的神经网络智能控制算法,设计出基于神经网络的直线伺服控制系统。设计出具有局部逼近快速反应的CMAC神经网络自适应控制器,控制过程和在线学习过程同时进行,充分满足伺服控制实时性要求;引入具有动态递归特性的Elman神经网络,其“部分递归,全局前馈”的结构兼顾前馈神经网络的优点,具有适应时变特性的能力,充分利用Elman神经网络存储的历史控制信息,提高了直线电驱进给系统的动态抗干扰能力和系统的控制精度;对Elman神经网络的存储方式进行优化,创新性的提出具有稀疏存储功能的改进Elman神经网络,进一步提高网络的泛化能力和响应速度,并通过仿真验证了此算法的可行性和有效性;针对直线电驱进给系统运动过程中存在的各种非线性干扰,提出基于前馈和反馈的神经网络复合补偿的控制系统,不必对扰动力进行辨识和计算,因而无需过分依赖扰动力的精确数学模型,在同一网络结构中不仅对扰动力进行反馈补偿,而且对给定信号进行预测前馈补偿,提高了直线电驱进给系统的控制性能。 (4)构建直线伺服系统整体结构;详细介绍了直线伺服控制器的硬件设计,主要包括驱动单元、检测单元和控制单元;根据矢量控制原理设计了伺服控制器的软件结构,对设计中存在的关键问题进行了探讨;并对所设计的具有自主知识产权的直线伺服控制器样机进行了调试试验。 (5)构建了数控机床直线电驱进给系统试验平台,详细介绍了试验平台的结构、性能参数和检测方法;通过试验测定了工作台的摩擦系数和电动机推力系数;试验研究了PID控制、极点配置控制下直线电驱进给系统的动态性能,并分析了主要控制参数对系统动态性能的影响;最后,试验研究了直线电驱进给系统位置跟踪性能及动态刚度。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG659

【引证文献】
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2 吴路路;电子齿轮箱高速高精度控制及误差补偿算法研究[D];合肥工业大学;2017年
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2 段誉;永磁同步直线电机无位置传感直接推力控制器[D];电子科技大学;2017年
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5 何家远;基于PMAC的直线电机伺服系统动态性能研究[D];南京航空航天大学;2013年
6 吕枭;基于电磁行波驱动的物料自动化运载系统设计与开发[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
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1 潘超;左健民;汪木兰;;基于前馈及反馈补偿的高性能直线伺服系统[J];系统仿真学报;2010年12期
2 余凤豪;吕飞;张松涛;吉哲;;永磁同步直线电机的数学模型分析[J];舰船电子工程;2010年09期
3 王国彪;赖一楠;范大鹏;杨华勇;王时龙;;新型精密传动机构设计与制造综述[J];中国机械工程;2010年16期
4 赵瑞芹;田小涛;;减小永磁同步伺服直线电机磁阻力的研究[J];煤矿机电;2010年04期
5 张明超;尹文生;朱煜;;永磁同步直线电机推力波动建模与抑制[J];清华大学学报(自然科学版);2010年08期
6 宋玉;陈国鼎;马术文;;交流伺服进给系统数学模型研究及其仿真[J];机械;2010年07期
7 叶云岳;;直线电机在现代机床业中的应用与发展[J];电机技术;2010年03期
8 郭亚军;马大为;何勇;章双胜;;交流伺服系统串级控制器应用设计[J];机床与液压;2010年11期
9 刘文化;;高速加工机床的发展历史与现状[J];金属加工(冷加工);2010年12期
10 陆中宏;高欣;;基于极点配置自校正的气动位置系统控制策略研究[J];液压与气动;2010年06期
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1 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
2 陆华才;无位置传感器永磁直线同步电机进给系统初始位置估计及控制研究[D];浙江大学;2008年
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1 周春蛟;全自动工业平缝机控制系统的研制[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 孙林;伺服控制系统设计及其内置式NC指令模块研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
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1 张凯;董菲;赵吉文;董思兴;;基于图像熵的直线电机动子位置精密测量方法[J];仪器仪表学报;2015年12期
2 邱磊磊;陆华才;缪碧云;;基于Ansoft Maxwell 3D的永磁直线电机三维动态仿真[J];南阳理工学院学报;2015年06期
3 彭东林;付敏;郑方燕;武亮;孙世政;汤其富;;复杂机电系统中的嵌入式位置检测新技术体系研究[J];机械工程学报;2015年22期
4 邱磊磊;陆华才;孙驷洲;缪碧云;;永磁直线电机的端部效应和齿槽效应分析[J];安徽工程大学学报;2015年05期
5 刘伟;蔡家斌;陈俊;吴兵;;数控圆角滚R机的控制系统设计及仿真[J];橡塑技术与装备;2015年20期
6 林献坤;李裴祥;朱琳;;基于动刚度评价的直接进给轴伺服参数优化方法[J];中国机械工程;2015年18期
7 庄丽;陈林;;基于自适应迭代学习的直线伺服系统摩擦扰动抑制方法研究[J];微特电机;2015年07期
8 韩雪岩;祁坤;张哲;贾建国;;永磁同步直线电机磁阻力分析及抑制措施[J];电工技术学报;2015年06期
9 李冲;许立忠;邢继春;;压电谐波传动系统活齿传动自由振动分析[J];中国机械工程;2015年01期
10 杨志君;马诠和;赵不贿;陈波;;基于半闭环进给系统的水刀机床建模与仿真研究[J];机床与液压;2014年23期
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2 张宏伟;绕组分段永磁直线同步电机提升系统稳定运行控制[D];河南理工大学;2014年
3 唐传胜;永磁同步直线电机控制方法研究[D];电子科技大学;2014年
4 邢岩;永磁同步电动机高性能转矩控制关键技术研究[D];东北大学;2014年
5 王利;现代直线电机关键控制技术及其应用研究[D];浙江大学;2012年
6 潘超;数控机床直线电驱进给系统控制技术及动态特性研究[D];江苏大学;2011年
7 于明湖;直线压缩机用横向磁通永磁直线振荡电机系统研究[D];浙江大学;2011年
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6 樊飞;全自动数控平缝机控制系统的研究[D];华中农业大学;2013年
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1 许道金;杨庆东;衣杰;;永磁同步直线电机模糊PID控制及仿真[J];机械工程与自动化;2014年01期
2 BAI Yanhong;QUAN Long;;New Method to Improve Dynamic Stiffness of Electro-hydraulic Servo Systems[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2013年05期
3 肖曙红;查长礼;张伯霖;;高速大推力直线电机直接驱动进给系统动态性能的分析[J];机床与液压;2007年05期
4 孙进平;白会新;刘成颖;王先逵;;永磁同步直线电动机伺服刚度测试实验研究[J];制造技术与机床;2006年11期
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6 孙少华;纯电动客车机械式自动变速器换挡综合控制技术研究[D];吉林大学;2014年
7 张魁榜;数控蜗杆砂轮磨齿机误差建模与控制技术研究[D];合肥工业大学;2014年
8 张刚;直驱精密平面并联运动平台的动力学建模与轮廓控制[D];上海交通大学;2014年
9 田晓青;柔性电子齿轮箱设计及精度控制方法研究[D];合肥工业大学;2014年
10 陈洪涛;基于多参量信息融合的刀具磨损状态识别及预测技术研究[D];西南交通大学;2013年
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1 李月凡;永磁直线同步电机直接转矩控制系统的研究与实现[D];上海电机学院;2016年
2 李奇军;直线电机垂直驱动系统在数控珩磨机中的应用研究[D];兰州理工大学;2014年
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4 崔晨;数控转台直接驱动伺服系统间接/直接自适应鲁棒控制[D];沈阳工业大学;2013年
5 郑文翰;变论域模糊PID在空压机控制中的应用研究[D];昆明理工大学;2013年
6 刘丹;龙门移动式加工中心双直线电机同步控制的研究[D];沈阳工业大学;2013年
7 苏畅;双永磁直线电机同步控制的研究[D];沈阳工业大学;2013年
8 柳应全;平板式永磁直线伺服电机及其驱动控制系统研究[D];浙江大学;2013年
9 苏妍颖;螺母旋转驱动型滚珠丝杠副热特性分析[D];山东大学;2012年
10 陈祯;高速滚珠丝杠进给系统动态性能检测与热特性研究[D];兰州理工大学;2012年
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2 王明义;精密永磁直线同步电机电流闭环控制关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 匙庆磊;低频标准振动台系统和振动校准技术研究[D];中国地震局工程力学研究所;2014年
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1 周义成;双驱进给系统动态特性评价及优化设计[D];南京理工大学;2018年
2 匡也;高精度电感位移传感器校准平台设计[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 朱小刚;二维精密气浮运动平台多参数控制与轨迹精度研究[D];广东工业大学;2016年
4 孙海涛;永磁式开关磁阻直线电机结构设计及其电磁特性分析[D];太原理工大学;2016年
5 陈富夫;经济型抛光机器人轨迹控制及柔性化系统研究[D];西华大学;2015年
6 严焕迪;物料自动化输送系统的电磁行波驱动控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
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1 孙宜标;魏秋瑾;王成元;;永磁直线同步电机二阶滑模控制仿真研究[J];系统仿真学报;2009年07期
2 王竹林;俞迪峰;徐生林;;交流伺服系统中PID参数模糊自整定控制器[J];机电工程;2009年01期
3 王辉;计时鸣;汪小洪;;CK6136数控车床交流伺服进给系统的分析与建模[J];现代商贸工业;2009年02期
4 林家春;李伟;王先逵;石照耀;;基于NESO的直线电动机推力波动补偿策略[J];北京工业大学学报;2008年08期
5 张涌松;舒志兵;;基于永磁同步电机的滑模变结构仿真研究[J];机床与液压;2008年07期
6 张鹏;李颖晖;肖蕾;;基于递归神经网络的伺服系统自适应反步控制[J];系统仿真学报;2008年06期
7 林健;汪木兰;左健民;宋丽蓉;;永磁直线伺服系统专家自适应PID控制的研究[J];现代制造工程;2008年01期
8 汪木兰;张崇巍;刘坤;;基于RBF辨识的神经元PID直线伺服控制[J];计算机仿真;2007年11期
9 李琳;;基于Simulink的数控机床高阶伺服系统的建模与仿真[J];机械与电子;2007年09期
10 石阳春;周云飞;李鸿;李介明;黄永红;;长行程直线电机的迭代学习控制[J];中国电机工程学报;2007年24期
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1 杨旭华;神经网络及其在控制中的应用研究[D];浙江大学;2004年
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2 李长兵;基于DSP控制技术的交流伺服驱动器研究[D];广东工业大学;2005年
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4 王冬;基于直流无刷电机的工业缝纫机微机控制系统研制[D];西北工业大学;2005年
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1 潘超;数控机床直线电驱进给系统控制技术及动态特性研究[D];江苏大学;2011年
2 黄俊;滚动支撑双驱直线进给系统动热耦合特性分析、试验及结构优化设计[D];南京理工大学;2017年
3 宁建荣;高精数控机床永磁直线进给系统机电耦合法向振动研究[D];沈阳工业大学;2012年
4 王永强;滚珠丝杠进给系统自适应建模理论与方法研究[D];山东大学;2013年
5 褚彪;面向光栅制造的宏微超精密进给系统的设计与研究[D];中国科学技术大学;2014年
6 胡峰;数控机床进给系统动态特性辨识与状态监测方法研究[D];华中科技大学;2009年
7 吴沁;大惯量进给系统动力学特性及其稳定性研究[D];兰州理工大学;2012年
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10 李庆兴;异型轧辊数控车床切削进给系统的设计理论及其关键技术研究[D];河北工业大学;2009年
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1 骆飞;基于进给系统动态特性的速度前瞻规划方法研究[D];山东理工大学;2017年
2 陈振辉;具有磁流变阻尼的直线进给系统动力学特性研究[D];广东工业大学;2008年
3 王琦;高速直驱进给系统动态特性参数辨识技术研究[D];宁波大学;2015年
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7 张传辉;数控机床高速滚珠丝杠进给系统发热问题研究[D];兰州理工大学;2011年
8 刘鹏;数控机床进给系统的可靠性设计研究[D];东北大学;2015年
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