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直线伺服六位置环虚拟轴数控机床的解耦研究

刘洋  
【摘要】: 本文在国家自然科学基金“直线伺服双位置环动态精密同步进给理论和实现方法研究”(项目号:50075057)的基础上,首次将直线电机应用到虚拟轴数控机床上,作为虚拟轴数控机床各个杆的驱动,以满足虚拟轴数控机床对于快速性和高加速度的需要。 由永磁直线同步电机直接驱动,省掉了中间的传动环节,消除了传动链的影响;又因永磁直线同步电动机采用高能永磁体,具有电磁推力强度高、损耗低、电气时间常数小、响应快等优点,因此已在长行程、大推力、微进给技术中占据了主导地位,对其理论研究和实际应用越来越受到极大的关注。 虚拟轴数控机床是近年发展起来的新型机床,它以高刚度、高精度、高速度及高力重比等特点受到广大学者及机床制造商的重视,有望成为21世纪高速轻型数控加工中心的主力设备。虚拟轴数控机床的各伺服驱动回路由于轴间强耦合的影响,在国内外,一直是控制理论和实现技术方面的一个难题。由于并联机构在结构上的简化所带来的控制上的难度以及特有的机械耦合特性,使得无法从机械结构上对其解耦,即在高速下,无法实现对单个杆进行独立控制。因此在本文中,我们将应用于前向运动学的局部结构化方法与传统的解耦理论相结合,从而提出了一种新颖的解耦方法—局部结构化解耦方法,在对一个杆使用旋转传感器的条件下,通过对Jacobian矩阵的改造,得到了准对角解耦矩阵,从而实现了虚拟轴数控机床各直线伺服系统间的耦合,解决了虚拟轴数控机床平动与转动之间的解耦问题。为数控机床的编程控制提供了很大的方便,为高速度、高精度的虚拟轴数控机床伺服控制提供了理论依据。


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