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| 數(shù)控車床補(bǔ)給程序的摹擬 | | 發(fā)布者：admin 日期：2012/11/26 點(diǎn)擊：430 | | | 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型根據(jù)克希荷夫定律，沈陽第一機(jī)床廠電機(jī)的電樞電壓方程為U=Ldidt+iR+Ue式中，U為電機(jī)電樞輸入電動(dòng)勢（V）；L為電機(jī)電樞電路電感（H）；i為電機(jī)電樞電流（A）；R為電機(jī)電樞電路電阻（Ω）；Ue為電樞反電勢（V）。
又電樞反電勢和電機(jī)的輸出角速度成正比，即Ue=Ceθ1式中，Ce為電機(jī)反電勢系數(shù)（V.s/rad）；θ1為電機(jī)輸出角速度（rad/s）。在零初始條件下，對式進(jìn)行Laplace變換，得U（S）=（Ls+R）I（S）+Ue（S）Ue（S）=Ces（θ1）1.
剛度模型為了確定進(jìn)給系統(tǒng)中拖板的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，沈陽第一機(jī)床廠應(yīng)準(zhǔn)確分析進(jìn)給系統(tǒng)的變形情況，其變形包括角變形δθ和軸向變形δX.δθ=TDKD+TDKC+TDKT（12）δX=X1-X0=FD/KL其中KD為滾珠絲杠角度扭轉(zhuǎn)剛度；KC為皮帶輪延長引起的扭轉(zhuǎn)剛度；KT為滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，且1KT=1KD+1KC；KL為進(jìn)給滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)軸向剛度；X1為滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)引起的螺母橫向位移，它隨螺紋特性參數(shù)的改變而改變，且有X1=K2θ0，K2為反映旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與橫向運(yùn)動(dòng)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的系數(shù)。
綜合角變形和軸向變形，則螺母的X0=K2θ1-FD（K1K2KT-1KL）令1KX=K1K2KT+1KL則X0=K2θ1-FDKX機(jī)電進(jìn)給系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)圖結(jié)合上面所推導(dǎo)公式，沈陽第一機(jī)床廠可構(gòu)造如所示包括間隙和摩擦非線性因素的機(jī)電進(jìn)給系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)圖。
X軸進(jìn)給系統(tǒng)綜合結(jié)構(gòu)圖顯然，為機(jī)電進(jìn)給系統(tǒng)的一個(gè)參數(shù)化模型，可通過改變系統(tǒng)中剛度、間隙、摩擦等參數(shù)的大小，了解各參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。為了便于分析，給出其相應(yīng)的系統(tǒng)仿真模型圖，如示。
圖中Tf為加到電機(jī)軸上的包括靜摩擦扭矩、切削力和慣性力等阻力矩（或負(fù)載轉(zhuǎn)矩）；Ki為電流環(huán)反饋系數(shù)；Kv為速度環(huán)反饋系數(shù)；Ku為功率放大倍數(shù)；Kd為速度環(huán)放大倍數(shù)<3>.
理想線性狀態(tài)的仿真分析為方便分析比較，在不考慮系統(tǒng)中間隙非線性和摩擦非線性以及傳動(dòng)軸柔性的條件下，對所示的模型采用電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)三環(huán)PID控制方法進(jìn)行仿真，沈陽第一機(jī)床廠其中各參數(shù)分別為Ki=01001，Ku=11，Kd=6，Kv=2，Ce=01001.
得到（a）、（b）所示的理想線性狀態(tài)下系統(tǒng)正弦位置跟蹤和速度跟蹤曲線，結(jié)果表明對線性系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中無非線性因素（忽略摩擦、間隙的影響）時(shí)，采用該方法具有較好的控制效果。
具有摩擦非線性因素的仿真分析當(dāng)系統(tǒng)中有非線性因素（有摩擦因素干擾TF=10，不考慮間隙影響）時(shí)，正弦位置跟蹤和正弦速度跟蹤的結(jié)果如（a）、（b）所示，由于靜摩擦的作用，在低速跟蹤時(shí)，位置跟蹤存在“平頂”現(xiàn)象，速度跟蹤存在"死區(qū)"現(xiàn)象。也就是說對包含摩擦非線性因素的模型采用PID控制，其魯棒性能差，不能達(dá)到高精度的跟蹤誤差。
由于非線性摩擦的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯變差，沈陽第一機(jī)床廠主要表現(xiàn)為低速跟蹤的不平穩(wěn)性和正弦跟蹤換向帶來的誤差突變。這說明，位置控制回路的控制器選用PID，只在一定程度上保證了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確性，當(dāng)系統(tǒng)中存在摩擦因素時(shí)，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性降低。
為了提高系統(tǒng)傳動(dòng)精度，一是提高齒輪的加工精度，減小傳動(dòng)間隙；二是對絲杠螺母機(jī)構(gòu)采取一定措施，消除工作臺(tái)反向時(shí)的死區(qū)非線性；三是在絲杠或工作臺(tái)上安裝檢測裝置構(gòu)成半閉環(huán)或全閉環(huán)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，消除死區(qū)非線性的影響，以提高進(jìn)給系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。 | | | | [返回] [打印] |
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