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基于进给系统动态特性的自适应速度规划方法研究

尹明睿  
【摘要】:数控加工过程中速度频繁变化不仅影响机床加工效率,而且会对机床机械传动系统产生很大冲击,降低机床使用寿命和加工精度。前瞻速度规划就是采用不同的加减速方法使指令速度平滑过渡,在保证加工精度的同时尽量保证加工效率。目前数控机床的加减速参数都是由经验丰富的工人在调试机床时反复试错获得,没有明确的理论指导和最优参数的选择依据。针对这一问题本文提出了基于进给系统动态特性的自适应速度前瞻控制方法,通过分析进给系统动力学特性和加减速参数对系统输出的影响,建立了基于进给系统动态特性的加减速参数确定方法,并基于开放式数控系统实现了速度前瞻模块的开发。本文的主要研究内容如下:通过理论分析,建立了基于双惯量系统的柔性进给系统动力学模型,分析了机械传动系统参数对机械传动系统谐振的影响规律,并考虑机械谐振对三环控制参数进行了整定,基于动力学模型分析了机械传动系统参数对进给系统动态特性的影响规律。针对相同的输入信号,仿真分析了进给系统动态特性特征参数对双惯量系统扭转幅值的影响规律,分析了谐振频率对最大扭转幅值的关系,得到了最大扭转幅值随谐振频率增大而先迅速减小再缓慢减小的规律。通过对插补指令的频率分析,分别研究了直线加减速和S型曲线加减速在不同加减速参数下的指令信号的频率分布,仿真分析了直线加减速和S型曲线加减速下加减速参数对机械系统扭转幅值的影响规律,得到了最大扭转幅值随加速度增大而呈线性正相关增大的变化规律,分别分析了直线加减速和S型曲线加减速时不同加减速参数对加工效率影响规律。通过限制机械系统的扭转幅值,综合考虑机械谐振和加工效率,建立了加速度参数和机械传动系统动态特征参数之间的匹配关系,为后续自适应速度前瞻规划方法提供了理论依据。基于加速度参数、机械传动系统动态特征参数和加速时间之间的匹配关系建立了由前瞻控制和基于差分原理的插补算法构成的前瞻控制模块,并在运动控制器PMAC上完成了二次开发,最后对实验平台进行了系统辨识,并在该辨识模型进行了仿真验证实验,实验结果符合预期。


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