论文摘要
传动误差是指数控机床中输入传动完全准确的条件下,其输出的实际量与理论位移量之间的差值。由于机床实际存在的传动误差,最终反映到被加工工件上,引起工件表面的加工误差。本文把数控系统运行中产生的传动误差作为研究对象,判断引起传动误差的误差源,对传动误差进行补偿控制。首先采用高精度的光栅尺和编码盘作为检测装置,对数控机构的直线位移和角位移进行测量,采集误差数据。在对传动误差的诊断过程中,利用快速傅立叶算法(FFT)对误差数据进行频谱分析,绘制频谱图;在分析了数控系统中各种因素对传动误差的影响后,对误差源进行分离。根据误差补偿的基本原理和方法,对数控机构进行简化和建模,得到了系统传动机构和电机的近似数学描述。根据数学模型,采用PID控制算法对传动误差进行补偿;在此基础上针对数控系统的非线性、时变、耦合等特点,提出了具有阀值的积分分离PID控制算法对传动误差进行补偿研究。为了检验本文提出方法的有效性,应用开发的传动误差诊断和补偿控制系统进行了试验。试验结果表明,该软件可以直观的反映误差数据的频谱图,诊断出误差源;通过补偿控制算法,可以有效的减少数控机构的传动误差。
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摘要Abstract1 绪论1.1 引言1.2 国内外研究现状1.2.1 数控机床传动误差的检测技术1.2.2 误差诊断技术1.2.3 误差补偿技术1.3 课题的研究目的和意义2 试验系统的总体构成2.1 误差数据检测系统2.2 检测装置的原理2.2.1 光栅尺的测量原理2.2.2 光电转换2.2.3 辨向原理2.2.4 细分原理2.3 运动控制卡的地址分配及调试2.3.1 基址的选择2.3.2 控制卡的调试2.4 系统的软件结构设计2.4.1 编程平台2.4.2 上位机与下位机的通讯2.4.3 系统工作流程2.4.4 系统功能2.5 本章小结3 传动误差的诊断3.1 误差源分析3.2 各种因素对丝杠传动误差的影响3.3 误差源的多层次分离3.4 传动误差的诊断研究3.4.1 误差数据排序方法3.4.2 频谱分析法3.4.3 传动误差的诊断3.5 算法的具体实现3.5.1 快速排序算法3.5.2 FFT算法3.5.3 绘制频谱坐标3.6 本章小结4 传动误差的补偿4.1 误差补偿系统的基本原理4.2 数控机构的数学建模4.2.1 数控机构的组成环节4.2.2 数控机构的传递函数4.3 PID控制器的设计4.3.1 常规PID组合成的控制方案4.3.2 PID控制器的数学模型4.3.3 控制参数的整定4.4 积分分离PID控制器4.4.1 积分分离PID控制器的结构分析4.4.2 积分分离PID控制器的设计4.4.3 仿真分析4.5 本章小结5 试验分析5.1 试验目的5.2 运行参数的定义5.3 传动误差的诊断5.3.1 无扰测量5.3.2 有扰测量5.4 传动误差的补偿5.4.1 PID补偿5.4.2 积分分离的PID补偿5.5 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢
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