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加工中心主轴系统时间序列分析

刘志红  
【摘要】:随着科技的进步,现代化机床正向着高速度、高精度和高效率方向发展,为了满足这种发展,对其进行动态特性研究是极其必要的。而整个机床中主轴系统是关键部分,其动态性能的好坏直接影响机床的性能。所以详细了解主轴系统的动态特性很重要。 本论文结合云南省自然科学基金重点项目“高速高精度大中型镗铣加工中心现代设计理论及关键技术研究”课题的要求,进行题为“加工中心主轴系统时间序列分析”的研究,其主要研究内容如下: 1.信号特征分析。对输出信号进行高斯性和非线性验证。应用两种方法即高阶谱和希尔伯特变换。以双谱为工具分析信号特征,并对信号的非线性类型作了深入探讨;在以假设输入为白噪声前提下,利用希尔伯特变换对信号非线性程度的强弱进行定量分析。 2.时序建模。对主轴系统空运转状态下输出信号进行时序建模方法研究。探讨主轴系统在工作状态下的动态特性。主要应用多变量AR模型时序法和分段时序法,多变量AR模型时序法利用逐步最小二乘法和SBC准则定阶和参数估计;分段时序法以分段AR模型优化的思想以及FPE准则对模型的阶次和参数进行研究。这两种方法从不同的角度,对时序模型阶次的选择作了讨论。 3.线性时序的检验。为进一步验证线性时序模型的适用性,对其进行了时序的非线性检验,即利用替代数据法,依据原始时间序列的均值和方差等线性性质进行零假设,产生替代数据,计算和检验待检数据和替代数据的识别统计量,用数理统计方法检验零假设是否成立。如果待检数据符合零假设,证明时序中含有非线性成分。对所用近似线性时序进行非线性的检验,以确定线性时序的有效性。 由以上分析处理过程,得到如下有价值的结论: 1.通过时序建模及其参数识别过程的研究,得出对机床这种复杂结构工作状态只有输出信号可供研究的情况下,利用时间序列法对其建模和动态分析是完全可行的。在足够长度的数据条件下一定可以找到一个合理阶次的时序模型替代原始数据序列。在对TH6350加工中心主轴系统研究中已证实这一结论。而且由模型参数和系统模态参数的关系,可以很方便的得出系统的动态特性参数。所以利用时间序列分析法对机械系统动态特性进行研究是有效的。 2.信号特性分析及时序的非线性验证过程均表明TH6350加工中心主轴系统


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