数控机床进给伺服系统伺服参数优化研究

摘要

伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分，在相同的机械性能状况下，其伺服参数与机械性能的匹配程度决定机床的加工精度与质量。很多机床设备往往偏重于机械方面的精度提升，而对电气方面伺服参数的优化重视不够。本文结合实际生产中碰到的问题，以优化伺服进给轴的参数为目的，实现机床的最佳性能。
　　 文中对伺服参数优化的对像、检测工具、永磁同步电机(PMSM)、SIEMENS840Ds(l)数控系统参数优化，模糊PID控制作了介绍。首先依据数控机床的手动优化软件对研究对像做了大量的实验，找出相关的规律。其次再引入模糊自适应PID控制方法，依据实验建立规则表，再用MATLAB仿真软件验证结论的正确性。最后再把所得到的结论应用于实际伺服参数优化中，在不增加机床硬件的情况下，通过伺服进给系统的参数优化，可以明显提高机床的跟踪精度，最终实现加工质量的提升。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 课题研究的目的与意义

1．2 伺服驱动技术国内外研究进展

1．2．1 国内研究进展

1．2．2 国外研究进展

1．3 课题来源及论文研究所完成的主要工作

第二章 SIEMENS数控机床进给伺服驱动参数优化方案

2．1 目前的伺服参数优化方案

2．2 伺服驱动参数优化方法的改进

2．3 伺服优化的球杆仪检测平台

2．4 伺服优化的机床平台

2．5 小结

第三章 永磁同步电机的数学模型

3．1 永磁同步电机简介

3．2 永磁同步电机的数学模型

3．2．1 基本方程

3．2．2 d、q轴的数学模型

3．3 永磁同步电机的矢量控制

3．3．1 状态方程及控制框图

3．3．2 解耦控制及坐标转换

3．4 永磁同步电机速度环数学方程

3．4．1 速度环框图

3．4．2 速度环数学方程

3．5 小结

第四章 SIEMENS 840Dsl伺服系统三环回路控制参数特点及优化

4．1 SIEMENS S120伺服驱动系统简介

4．2 伺服优化基本概念

4．2．1 Bode图

4．2．2 阻尼、频率响应与阶跃响应

4．2．3 内含有耦合连接载荷的电机

4．2．4 滤波器

4．3 电流环优化

4．4 速度环优化

4．4．1 频率响应测试

4．4．2 Kp的调整

4．4．3 电流设定点滤波器

4．4．4 速度控制器积分时间Tn

4．4．5 设定点阶跃响应和干扰阶跃响应

4．4．6 参考模型

4．4．7 前馈控制

4．5 位置环优化

4．6 Trace功能

4．7 圆测试 球杆仪

4．8 小结

第五章 基于自适应模糊PI的伺服电机的参数优化

5．1 常规PID

5．2 数字PID

5．2．1 位置式PID控制算法

5．2．2 增量式PID控制算法

5．2．3 基于前馈补偿的PID控制算法

5．3 模糊PID

5．3．1 模糊-PID复合控制

5．3．2 比例-模糊-PI控制

5．3．3 模糊自适应PID控制

5．4 模糊控制

5．4．1 结构

5．4．2 模糊化

5．4．3 模糊规则设计

5．4．4 模糊推理机

5．4．5 去模糊化

5．5 仿真分析

5．5．1 仿真模型

5．5．2 控制器设计

5．5．3 仿真结果分析

5．6 小结

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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