开式液体静压导轨油膜厚度控制方案的研究

摘要

由于具有高刚度、高精度、低磨损等技术优势，液体静压导轨被广泛应用于数控机床领域。液体静压导轨的刚度、承载能力及其工作性能主要取决于导轨的油膜厚度；确保导轨油膜厚度始终处于最优值对于保证液体静压导轨性能是十分必要的。现有的液体静压导轨采用定量式供油系统，其供油系统不具有油膜厚度的调节能力；在工作过程中，导轨间的油膜厚度随承载的变化而变化，有时甚至超出了规定的范围，这不仅降低了油膜刚度和承载能力，同时也降低了数控机床的加工精度和加工范围。因此，有必要对现有的液体静压导轨供油系统进行改进，并采用相应的控制方案来提高液体静压导轨的刚度和承载能力。 本文在分析现有供油系统和矢量变频调速技术特征的基础上，给出了基于矢量变频调速技术的异步电动机数学模型，提出了由变频器、异步电动机、定量泵构成的开式液体静压导轨改进型供油系统，推导了其数学模型。由于采用变频器控制异步电动机转速，因此该系统可以在工作过程中调节定量泵的流量，从而调整液体静压导轨的油膜厚度，使其在工作过程中趋于恒定。 本文针对在工作过程中油膜厚度随载荷变化的现象，在改进型供油系统中添加了控制器环节，提出了开环控制方案和闭环控制方案；给出了相应的控制环节计算流程和各功能环节的实现流程；并对这两种控制方案进行了软件仿真，分析了这两种控制方案的油膜厚度调节性能。 由于，基于闭环控制的改进型供油系统对油膜厚度的调节将出现滞后现象；因此，为了解决调节滞后现象，本文提出了基于匹配算法的改进型闭环控制方案，给出了该方案的控制流程，有效地解决了批量生产时油膜厚度的调节滞后现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2相关技术的发展现状及应用

1.2.1液体静压导轨的发展现状及应用

1.2.2变频调速技术的发展现状及应用

1.2.3变频液压技术的发展现状及应用

1.3研究内容及章节安排

1.3.1研究内容

1.3.2论文的章节安排

第2章液体静压导轨及其供油系统

2.1液体静压导轨的基本理论

2.1.1液体静压导轨及其特点

2.1.2液体静压导轨的分类

2.2开式液体静压导轨的供油系统

2.2.1开式液体静压导轨的定压式供油系统

2.2.2开式液体静压导轨的定量式供油方案

2.2.3液体静压导轨供油系统的选取

2.3定量供油开式液体静压导轨油膜的特性

2.3.1油膜厚度的计算

2.3.2承载能力和油膜刚度

2.4本章小节

第3章异步电动机的矢量变频调速技术

3.1变频调速技术

3.1.1变频调速的基本原理

3.1.2变频器的结构

3.1.3变频器的控制方式

3.2异步电动机的数学模型

3.2.1异步电动机数学模型的特点

3.2.2异步电动机数学模型的假设

3.2.3异步电动机的电压方程

3.2.4异步电动机的磁链方程

3.2.5异步电动机的转矩方程

3.2.6异步电动机的电力拖动系统运动方程

3.3矢量变频调速技术

3.3.1矢量变频调速技术的基本概念

3.3.2矢量变换控制系统构想

3.3.3矢量变换技术

3.3.4矢量变频调速基本方程

3.4本章小节

第4章改进型供油系统及油膜厚度控制方案

4.1改进型供油系统

4.1.1开式液体静压导轨环节

4.1.2定量泵环节

4.1.3异步电动机环节

4.1.4变频器环节

4.2油膜厚度开环控制方案及性能分析

4.2.1控制器环节

4.2.2开环控制方案

4.2.3控制器环节的计算流程

4.2.4各功能环节的实现流程

4.2.5开环控制方案的仿真及性能分析

4.3油膜厚度闭环控制方案及性能分析

4.3.1闭环控制方案

4.3.2闭环控制方案的控制流程

4.3.3闭环控制方案的仿真及性能分析

4.4油膜调节滞后现象及其解决方案

4.4.1油膜厚度调节的滞后现象

4.4.2基于匹配算法的闭环控制方案

4.5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