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高精度交流伺服驱动优化研究

潘宇  
【摘要】:数控技术、数控设备是工业现代化的重要基础之一,直接影响到国家的经济发展和综合国力,关系到国家的经济战略地位。数控机床由伺服驱动系统和机床本体构成,伺服系统执行来自CNC装置的运动指令,控制数控机床各坐标轴的切削进给运动。现代工业的发展对伺服控制精度的要求越来越高,国内国外都在积极探索提高伺服系统性能的方法,在基本原理确定的条件下,细节决定成败。本文在伺服系统成功运行的基础上,通过对一些控制细节的优化,研究对机床性能的提高。重点研究数控机床中分频比量化误差及其积累误差的消除、采用前馈方法提高位置精度、以及在伺服电机所装位置编码器分辨率一定的条件下减少测量死区进而提高控制性能的方法。 分频比是电机编码器的测量值折算为以CNC为基准的比值,因机械参数不同,分辨率越高的编码器,分频比就更有可能是小数,如果处理不当,容易产生误差积累,影响控制精度,本文提出一种实现小数分频比的方法,以CNC脉冲当量之半为量尺,以减法代替除法求得反馈脉冲量和误差,保证每一个周期的误差小于一个脉冲当量,同时在每一次计算电机编码器测得的位置量时加入上次误差的方向和大小,从而保证了积累误差小于一个脉冲当量,实现了伺服驱动向CNC的高精度位置反馈。 研究了前馈-反馈复合控制在实际伺服系统中的表现,经典的电机控制是兼有位置环、速度环、电流环的三环控制,在三环控制的基础上对位置给定进行微分,使之与速度环给定相匹配,乘上一可调系数,形成加入位置环前馈的前馈-反馈复合控制。本文做了大量的测试工作对此控制方案的表现进行研究。对比了加入前馈前后的动态位置误差变化,以及调整前馈系数增大减小对系统平稳性的影响。 提出一种解决电机极低速条件下测速不准的办法。电机的速度计算是通过测算测速周期由光电编码器反馈回来的脉冲数。电机在极低速条件下运转,测速周期固定的一个弊端是有可能在一个测速周期内完全测不到反馈脉冲,此时系统会判定速度为零,因此会出现电机极低速条件下,系统由于测速不准表现出来的位置误差出现不正常波动。本文详细分析了极低速条件下,各种运行状态的系统表现,然后以满足测定到两个反馈脉冲为前提,改变测速周期,减少了测量死区和控制死区,从而减少了加工重点反向越冲,提高了加工件的光洁度。


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