基于摩擦补偿的交叉耦合同步控制技术研究

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随着现代制造业的快速发展,人们对数控装备的性能和精度要求不断提高,而进给系统作为影响数控装备加工精度的关键传动部件,对其性能和精度的要求也越来越高。相比于传统单电机+单丝杠驱动的进给系统,由于双驱进给系统刚度高、响应快等优点,其广泛应用于各类高等数控装备中。但是,双驱进给系统对同步性提出了新的要求,而摩擦会严重影响系统的跟踪误差和同步误差,使得传统控制策略难以保证双驱进给系统的同步性能,进而影响最终的运动控制效果。因此,如何提高同步性能,消除摩擦影响是双驱同步控制中一个具有理论研究意义和实际应用价值的课题。本文以二维工作台的双驱进给系统为对象,针对同步误差和跟踪误差两个性能指标,展开双驱进给系统的摩擦补偿及同步控制策略研究。主要研究内容和成果如下:1)对双驱进给系统的构成及原理进行分析,将系统分为伺服驱动部分和机械传动部分分别建立对应的数学模型,加入刚度及机械耦合的影响,建立双驱进给系统整体模型,为后续的同步控制技术研究与仿真分析提供模型基础。2)分析摩擦对双驱进给系统同步性能的影响,选取Stribeck模型进行基于摩擦模型的补偿,通过多组匀加速和匀速运动实验结果,结合最小二乘和遗传算法辨识出模型中待定参数,并通过仿真验证摩擦的影响;针对系统中的同步误差展开同步控制策略研究,仿真对比分析了主从和交叉耦合控制策略的控制效果;将摩擦补偿引入交叉耦合,设计了一种基于摩擦补偿的交叉耦合同步控制策略,并进行仿真分析验证。3)完成双驱进给系统实验台的搭建,阐述了双驱进给系统实验台总体架构并完成关键器件选型,通过TwinCAT运动控制软件与光栅尺的集成,最终实现系统的全闭环控制。4)设计实验方案,并在实验台上实现所设计的摩擦补偿与交叉耦合控制控制策略与系统的集成。分别进行同步控制策略实验与摩擦补偿实验,验证基于摩擦补偿的交叉耦合控制策略的有效性。
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