滚珠丝杠进给系统的轨迹跟踪控制方法研究

摘要

数控机床进给系统的轨迹跟踪性能影响了零件加工的表面质量，本文围绕如何减小滚珠丝杠驱动系统的跟踪误差这一关键问题，首先分别建立了滚珠丝杠进给系统的刚体和柔性体的一阶轴向振动模型、辨识了主要的系统外在干扰，然后根据相应的控制理论设计几种控制器并进行优化改进，通过仿真分析和实验验证控制器的跟踪性能。本文的具体研究内容及创新如下： 1.简要阐述了滚珠丝杠进给系统的结构组成，并分别建立了刚体和二自由度柔性体的动力学模型，针对系统的谐波力矩干扰和摩擦力矩，通过频谱分析拟合谐波力矩干扰曲线，基于LuGre模型进行摩擦特性的参数辨识，实验结果表明摩擦及谐波干扰的前馈补偿能够显著提高跟踪精度。 2.采用四种广义PID作为控制器，首先利用传统PID和分数阶PID实现单回路控制，采用主导极点法结合差分进化优化算法确定分数阶PID的参数。然后分别从理论上分析了两种形式的PI级联双回路控制下的稳态误差大小,通过仿真和实验比较以上四种广义PID控制方法的跟踪性能。 3.针对滚珠丝杠系统的外在干扰及内在参数不确定性，利用模糊逻辑自适应估计干扰，采用模糊自适应滑模控制，分别针对刚体模型和柔性体模型设计相应的控制律，通过仿真和实验验证了模糊自适应滑模控制方法能够在系统不确定性下提高跟踪精度，且基于柔性体模型设计的控制器的跟踪误差更小。 4.对采用标准超螺旋算法设计的二阶滑模控制器存在跟踪性能不理想的问题进行改进，通过引入参考命令的速度及加速度信号作为控制项，同时增加了工作台的跟踪误差积分项，实验验证了改进的超螺旋算法二阶滑模控制方法不仅能够提高轨迹跟踪精度，而且对速度与负载变化具有较强的鲁棒性。

目录

第一个书签之前