發(fā)布時(shí)間：2020-04-09 07:06

【摘要】：光學(xué)自由曲面類(lèi)零件因其良好的工作性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、電力電子、科研以及民用等領(lǐng)域,而實(shí)現(xiàn)光學(xué)自由曲面高精度、高效和低成本的主要加工方式是金剛石超精密車(chē)削技術(shù),該技術(shù)的核心是快速刀具伺服系統(tǒng)(Fast Tool Servo,FTS)。本文以洛倫茲力型電機(jī)——音圈電機(jī)(Voice Coil Motor,VCM)作為FTS的執(zhí)行器,結(jié)合滑模、重復(fù)等現(xiàn)代控制方法,對(duì)其周期性問(wèn)題進(jìn)行跟蹤與抑制。其具體分析內(nèi)容如下:首先,搜集并查閱大量的國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn),掌握FTS主要的驅(qū)動(dòng)方式、建立驅(qū)動(dòng)FTS運(yùn)行的執(zhí)行器件音圈電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、分析與FTS相關(guān)的控制策略以及描述影響音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)FTS控制精度的因素。其次,當(dāng)FTS在運(yùn)行過(guò)程中,若存在切削力擾動(dòng),采用基于代理的滑模控制。這是對(duì)PID控制的擴(kuò)展,并且將滑模控制和PID控制相結(jié)合的控制策略。利用PID控制器將一種稱(chēng)為代理的假想的虛擬行程位置加在VCM的實(shí)際位置與期望位置之間,代理行程位置通過(guò)滑模控制器跟蹤期望位置,將結(jié)合后的代理滑模控制律中不連續(xù)符號(hào)函數(shù)轉(zhuǎn)換成飽和函數(shù)后可提高系統(tǒng)的跟蹤精度和抗擾性。利用Matlab/Simulink在所設(shè)計(jì)的理論控制策略的基礎(chǔ)上進(jìn)行建模、仿真和比較分析,以此驗(yàn)證控制策略的有效性。最后,由于FTS在正常運(yùn)行過(guò)程中,隨著行程和頻響的增大,其跟蹤精度會(huì)受到影響。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的跟蹤精度,采用超螺旋重復(fù)補(bǔ)償PID控制。這是一種將重復(fù)補(bǔ)償PID控制與超螺旋PID滑模控制相結(jié)合的且能夠分別獨(dú)立作用的控制策略。其中,重復(fù)補(bǔ)償PID控制可提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的跟蹤精度。若存在等同于輸入給定周期性正弦信號(hào)擾動(dòng)或者切削力擾動(dòng)時(shí),在重復(fù)補(bǔ)償PID控制策略的基礎(chǔ)上加入超螺旋PID滑�？刂�,這是以PID控制器設(shè)計(jì)滑模面,根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)的到達(dá)條件設(shè)計(jì)滑模控制律,超螺旋PID滑�？刂剖且环N連續(xù)型二階滑�？刂�,抗擾能力強(qiáng)。超螺旋重復(fù)補(bǔ)償PID控制可以實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)行程和高頻響環(huán)境下的強(qiáng)魯棒性和高跟蹤精度。并且在理論的基礎(chǔ)上用Matlab/Simulink對(duì)所設(shè)計(jì)的控制策略進(jìn)行建模、仿真和比較分析,以此證明控制策略的可行性。
【圖文】：

第 1 章 緒論1 課題研究的背景和意義本課題來(lái)源于遼寧省“百千萬(wàn)人才”資助項(xiàng)目“高頻響快速刀具伺服系統(tǒng)的控制策研究”（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：2013921049）。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科技創(chuàng)新的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和制造技術(shù)的發(fā)展備受人們關(guān)，人們對(duì)所加工產(chǎn)品的表面加工精度的要求越來(lái)越高。同時(shí)，加工過(guò)程中控制理論不斷完善，使得實(shí)際的生產(chǎn)加工技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展不斷推動(dòng)零件表面的加工精度，這也需要數(shù)控車(chē)床必須具備較高的進(jìn)給加速度，否則就無(wú)法在高情況下完成復(fù)雜曲面的高精度加工[1]。其中非圓截面零件和非軸對(duì)稱(chēng)表面光學(xué)自由曲零件因其高精密性在航空航天、軍事、電力電子、科研以及民用等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，圖 1.1 所示的光學(xué)自由曲面透鏡、FTS 加工的徽標(biāo)、航空發(fā)電機(jī)葉片等。

（c）快速刀具伺服技術(shù) （d）慢速刀具伺服技術(shù)圖 1.2 高精密器件切削加工方式Fig. 1.2 Machining methods of high precision devicesS 技術(shù)加工自由曲面類(lèi)元件，可以相應(yīng)的減少設(shè)備的軸數(shù)，簡(jiǎn)化刀短加工周期，一般一次就可以加工出高精度表面，對(duì)環(huán)境要求相對(duì)工處理[6]。此外，在車(chē)削中，一般采用的刀具材料為金剛石，金剛?cè)�，硬度高，耐磨性好，耐熱性高，能�?shí)現(xiàn)超薄的切削厚度等優(yōu)具代表性的超精密加工手段[7]。因此，直線(xiàn)式執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng) FTS 工技術(shù)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，，將引領(lǐng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)向更高的層次邁進(jìn)。同技術(shù)的發(fā)展與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。工技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀伺服技術(shù)的發(fā)展最早起步于 1980 年美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家Livermore National Laboratory，LLNL），相關(guān)研究人員在微進(jìn)給理
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TG51;TP273

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本文編號(hào)：2620457