基于X-Y平台的数控伺服系统建模与仿真

摘要

X-Y工作平台是实现平面X、Y坐标运动的典型关键部件，广泛用于机械制造和加工过程中，对其伺服的控制研究，不仅要考虑几何学和运动学问题，更要考虑机械结构的动力学特性，而伺服系统中的摩擦也是不可避免要考虑的因素。围绕工作台伺服系统展开的建模与仿真研究，对于提高工作台伺服系统的动、静态特性及跟踪精度，具有重要的意义。本文以X-Y平台的伺服系统为基础，结合MATLAB/Simulink和虚拟样机技术在系统分析上的优势，研究开发了基于ADAMS/Simulink的伺服系统建模与仿真实现系统。 论文分析了系统建模与仿真的研究现状与发展趋势，针对研究对象，提出了课题研究的技术路线和实现框架。在深入研究伺服系统理论和分析建模的主要参数和影响因素的同时，确定摩擦为系统建模中的重要因素。从摩擦的物理特性出发，详细分析了摩擦力随速度变化的四个阶段和各类摩擦模型及摩擦对伺服系统的影响，根据伺服系统中摩擦的特点确定了Stribeck模型作为特定研究对象。针对X-Y平台伺服系统采用三环调节控制的特点，对位置环、速度环、电流环进行了三环整定计算，建立了机械部分的数学模型，整定与辨识了电气参数与机械参数，建立了伺服系统中各个环节的传递函数，进而推导出了整个系统的传递函数。在MATLAB中建立了M文件对系统频率特性、系统稳定性、时域特性进行了分析，各项性能指标可以看出系统具有很好的动态响应特性，完全能满足工作台进伺服的要求。在Simulink中分别建立了不考虑摩擦力和考虑摩擦力的伺服系统的仿真模型，采用单因素分析法分析了速度环增益、电流环增益和阻尼系数对伺服速度的影响。通过对含有Stribeck模型伺服系统的仿真，得出了摩擦力随稳态速度的变化规律。在对伺服系统性能联合仿真分析的基础上，以虚拟样机技术作为系统性能仿真实现的核心技术，对仿真系统的总体方案进行了研究，简化了样机的工程模型，建立了X-Y平台的虚拟样机。对比两种工程软件ADAMS和MATLAB的特点，研究了ADAMS和MATLAB的接口方法。提出了在ADAMS中建立性能仿真环境，通过ADAMS/Control接口和Simulink中建立的控制系统模型有机地集成，初步构建了X-Y平台伺服性能联合仿真系统。 本文综合运用了自动控制理论、系统建模与仿真、虚拟样机技术等知识，对机电一体化实验室的X-Y工作平台进行了建模与仿真。在仿真的过程中，可以反复地修改参数，方便地模拟实际系统，可以作为学生进行机电一体化实验的补充内容，同时文中的研究对象是典型的机械传动系统，所涉及的建模仿真方法适用于其它机械传动系统的性能分析与设计，具有一定的理论意义和工程实用价值。

目录

文摘

英文文摘

研究生学位论文的独创性声明、导师指导研究生学位论文的承诺、关于其他单位与人员对研究生学位论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章伺服系统建模与仿真的理论基础

第三章X-Y工作台伺服系统建模与仿真

第四章伺服系统ADAMS/MATLAB联合仿真方案设计

第五章总结与建议

参考文献

附录

致谢

作者简介