重型数控机床双电机同步联动伺服系统的设计与研究

论文摘要

随着工业的快速发展,人们对各种机械性能和产品质量要求的逐渐提高,单针对一台电机的控制在某些场合已经不能满足现代化高科技发展的要求,而需要人们控制多台电机,使其更好地协调运行。多机传动机械系统的同步控制正是这样一门机械技术与电子技术有机结合的科学技术,研究它的理论和方法对保证这类机械有效、可靠地同步运转,具有十分重要的现实意义。本文是针对齐重数控装备有限公司的高精度重型数控机床C轴传动进给系统的双电机伺服控制系统的研究而展开的。文中介绍了双电机伺服系统的总体设计方案,为了满足大功率驱动的需要,采用两台电机联合驱动负载,真正实现双电机的同步运行。同时,基于双电机的驱动方式,引入偏置力矩,实现电消齿隙。通过这样的改造,将一个存在严重齿隙的非线性系统转化为一个近似无齿隙的线性系统,并针对改造后的系统,实现了高质量的全闭环控制。为了满足系统高性能、高可靠性和高度集成性、低功耗等要求,利用机理分析法,将电机侧的参数转换到负载侧,建立了双电机同步联动伺服系统的动力学模型,并通过MATLAB仿真,验证了双电机系统较单电机驱动的优越性。从系统的基本结构入手,研究了伺服系统中普遍存在的非线性因素,除了从机械上消除这些非线性因素的影响外,本文还研究了基于描述函数法和最优控制算法的消隙控制器,讨论了这两种控制算法消除齿隙非线性的机理,得出了有意义的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 多电机同步控制的国内外研究现状
• 1.2.1 多电机同步控制的国内外研究现状
• 1.2.2 多电机同步控制的控制方法
• 1.2.3 非线性环节对伺服系统的影响
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 双电机驱动机床C 轴的消隙结构
• 2.1 C 轴伺服传动系统现状
• 2.2 Siemens840D 双电机传动系统的分析
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 双电机驱动的消隙原理
• 2.3 双电机传动消隙过程分析
• 2.3.1 启动过程分析
• 2.3.2 换向过程分析
• 2.4 双电机驱动在分度结构中的实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 双电机同步联动伺服系统的建模
• 3.1 伺服系统元件的选择
• 3.1.1 伺服电机的选择
• 3.1.2 伺服进给系统的惯量匹配
• 3.1.3 伺服驱动器选择
• 3.1.4 位置检测元件的选择
• 3.2 伺服系统数学模型的建立
• 3.2.1 单电机的动态数学模型
• 3.2.2 双电机驱动大齿轮的动力学建模
• 3.3 双电机系统动力学模型的仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 伺服系统的非线性因素分析
• 4.1 齿隙非线性
• 4.1.1 影响齿隙非线性的因素
• 4.1.2 齿隙的模型
• 4.2 饱和非线性的描述函数分析
• 4.3 摩擦非线性
• 4.4 本章小结
• 第5章 克服齿隙非线性的控制算法研究
• 5.1 消齿隙控制器的描述函数分析法
• 5.2 最优控制方法
• 5.3 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