基于进给速度模糊控制的轮廓误差预补偿研究

摘要

随着现代先进制造业的不断发展，数控加工技术得到了广泛应用，而数控加工的轮廓精度也成为了数控机床的重要性能指标。数控加工的轮廓精度直接决定了零件的加工质量，而轮廓精度的衡量标准是零件加工的轮廓误差。因此，数控加工过程中轮廓误差的补偿和控制研究对于实现高速高精度加工具有重要意义。 首先，建立了两轴运动平台的仿真模型以及参数曲线的轮廓误差估算模型。通过对两轴运动平台的伺服进给系统进行辨识，得到了系统的闭环传递函数从而建立了相应的仿真模型。然后提出了一种基于切向误差的轮廓误差估算模型，通过在参数曲线上不断寻找逼近理论足点的位置点来实现轮廓误差的精确估算，该估算模型能够适用于复杂曲线轨迹并且同时满足实时性和较高精度要求。 其次，设计了轮廓误差预补偿和进给速度模糊控制相结合的控制策略。轮廓误差预补偿方法能够在轮廓误差产生之前对其进行预测，然后补偿并修正原始的目标路径，从而有效地降低整体的轮廓误差。此外，考虑到进给速度对大曲率曲线轨迹加工过程中轮廓误差的影响，设计了基于模糊控制策略的进给速度调节器，能够根据预测的轮廓误差及其变化值合理地调节进给速度，从而改善局部的突变轮廓误差。通过轮廓误差预补偿方法和进给速度模糊控制调节器相结合的控制策略，能够有效解决加工过程中复杂多样的影响因素所造成的轮廓误差问题。 最后，在XY两轴运动平台上进行了经典轨迹轮廓跟踪运动控制实验。通过在采用本文所提出的控制策略前后的两种实验条件下，针对三组自由参数曲线轨迹在XY两轴运动平台上进行了轮廓跟踪运动控制实验。然后计算和分析三组对比实验中轮廓误差的平均值和最大值的降低比例，结果证明本文所提出的控制策略能够有效改善自由曲线轨迹的轮廓误差，提高轮廓精度。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 轮廓误差控制的关键技术

1.2.1 轮廓误差估算模型

1.2.2 伺服系统辨识

1.2.3 轮廓误差控制方法

1.3 轮廓跟踪运动控制的研究现状

1.3.1 跟踪误差控制研究

1.3.2 轮廓误差控制研究

1.4 论文主要内容

2 两轴运动平台的分析及建模

2.1 两轴运动平台系统的结构分析

2.2 伺服进给系统建模

2.2.1 单轴伺服进给系统建模分析

2.2.2 单轴伺服进给系统的简化模型

2.3 伺服进给系统辨识

2.3.1 辨识输入信号的选择

2.3.2 辨识系统的模型结构

2.3.3 辨识结果及其验证

2.4 本章小结

3 轮廓误差估算模型

3.1 轮廓误差分析

3.2 轮廓误差模型分析

3.2.1 直线的轮廓误差模型

3.2.2 圆的轮廓误差模型

3.2.3 自由曲线轨迹的轮廓误差模型

3.2.4 本文采用的轮廓误差模型

3.3 本章小结

4 轮廓误差控制策略

4.1 概述

4.2 轮廓误差预补偿控制

4.2.1 轮廓误差预补偿原理

4.2.2 轮廓误差预测及预补偿

4.3 进给速度自适应调节

4.3.1 模糊逻辑控制原理

4.3.2 进给速度模糊控制器设计

4.4 本章小结

5 仿真与实验验证

5.1 简介

5.1.1 仿真模型

5.1.2 实验基础

5.2 轨迹跟踪运动实验

5.2.1 小猫轨迹运动控制

5.2.2 白鸽轨迹运动控制

5.2.3 蝴蝶轨迹运动控制

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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