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数控铣床多领域建模与仿真应用研究

吴龙元  
【摘要】:数控铣床是典型的机电一体化产品,它是由机械、电气、控制等不同学科领域构成的一个有机整体。传统的单个学科领域的建模仿真并没有考虑多个学科之间的耦合问题,从而制约了系统建模仿真可信程度的提高,而各个学科领域间的耦合仿真十分复杂。因此,为了减少数控铣床建模仿真的工作量和提高建模仿真的质量,有必要对其进行多学科领域的高效建模与交互仿真研究。 本文针对一种面向教学与科研、型号为C000017B的小型数控铣床,结合面向对象的建模方法,运用Modelica语言及其仿真平台Dymola对其机械子系统、电气子系统和控制子系统进行了耦合建模仿真,主要研究工作包括: (1)对现有的建模仿真方法进行分析,选定多领域统一建模语言Modelica及Dymola仿真平台对数控铣床进行建模与仿真。 (2)根据数控铣床所涉及的学科领域进行分解,利用Modelica/Dymola分别建立了机械、电气和控制等领域可重用模型库。 (3)利用所建立的模型库,搭建铣床驱动电机模型,包括进给轴的二相混合式步进电动机驱动系统模型和主轴的无刷直流电动机驱动系统模型,并通过仿真验证所建模型的正确性和合理性。 (4)通过Simulink接口实现机床进给系统的Dymola与Adams联合仿真,为机床机械与电气参数的匹配提供理论依据,同时扩大Modelica模型的应用范围,实现多领域建模仿真平台与其他仿真工具的协同应用。 (5)将机床系统的多领域模型集成为一个有机整体,并对集成的系统进行仿真分析,并加以实验验证。 仿真结果表明数控铣床的多领域统一建模的可行性,并有助于机床的设计及性能改进。


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