机床双驱工作台摩擦参数辨识与同步控制研究

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随着数控技术的不断发展,在大型、重型或受空间结构限制的情况下,传统的单轴驱动方式已经很难满足实际需要,为此,数控机床轴驱动力作用于运动部件重心的重心驱动技术越来越受到重视。同时,为了缩小我国数控技术与国外的差距,国家已经把双轴同步控制技术作为国家战略新兴产业中高档数控机床和数控系统的重要组成部分来发展。因此,研究双轴同步控制技术,具有十分重要的意义。本文以双轴驱动工作台系统为研究对象,以实现对其快速稳定准确地控制为目标。根据双轴驱动工作台系统动力学特性和摩擦的分布特点建立其动力学模型。以HMC500高速卧式加工中心为实验平台来获取实验数据,用遗传算法辨识摩擦模型的参数。设计双轴同步控制方法,并通过Simulink对系统进行控制仿真。本文主要研究了以下几个方面的内容:(1)运用机理建模法建立单轴驱动工作台系统的刚性模型。研究单轴驱动工作台系统的刚度,建立单轴驱动工作台系统的柔性模型。分析双轴驱动力与工作台位移的关系,建立双轴驱动工作台系统的柔性耦合模型,其中,将非线性摩擦分为三部分进行建模。(2)选取Stribeck摩擦模型来描述系统所受的摩擦。针对双轴驱动工作台系统中摩擦的分布特点,选用遗传算法对摩擦模型的参数进行辨识。用遗传算法辨识了双轴驱动工作台系统正向和反向运动时Stribeck摩擦模型的参数。曲线拟合结果说明,遗传算法可以快速高效可靠地辨识系统中摩擦模型的参数。(3)提出了三环PID双轴同步控制方法,其中,位置环和速度环为PI控制,电流环为P控制。用该方法对系统进行仿真,仿真结果说明其可以对系统进行有效地控制。无摩擦补偿时对系统进行仿真,仿真结果说明摩擦会引起系统出现跟踪误差和调节时间的增大。(4)分别用摩擦反馈补偿方法和摩擦前馈补偿方法对系统的摩擦进行补偿。仿真结果说明:二者均可以实现对摩擦的补偿控制;其中,前者在快速响应特性和超调量方面优于后者,而后者在稳定性方面优于前者。
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