高速直驅(qū)進給系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)辨識技術(shù)研究.pdf

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)需求和超微細加工質(zhì)量的要求不斷提高，要求高速直驅(qū)進給系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性提高運動平穩(wěn)性，從而改善加工效率和改善產(chǎn)品質(zhì)量。高速直驅(qū)進給系統(tǒng)采用直線電機驅(qū)動，具有無間隙、高加速度、高速度以及高帶寬的傳動特性，越來越多的取代“旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠”驅(qū)動方式在高檔數(shù)控機床上被采用。本文以高速直驅(qū)進給系統(tǒng)作為研究對象，對控制系統(tǒng)動態(tài)性能及機械系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)辨識方法進行深入研究，為通過機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制器參數(shù)調(diào)節(jié)來提高系統(tǒng)的定位精度

2、提供依據(jù)。本研究的主要內(nèi)容如下：
　?。?）高速直驅(qū)進給系統(tǒng)三維實體模型的建立。采用 SolidWorks軟件對交流同步直線電機驅(qū)動的高速進給運動平臺建立了三維實體模型。對其底座和動子運動臺連接部的交叉滾柱導軌采取簡化處理，為進一步的模態(tài)參數(shù)辨識奠定基礎(chǔ)。
　?。?）動態(tài)特性參數(shù)辨識方法研究。分別從時域和頻率介紹了常用的模態(tài)參數(shù)辨識方法。對基于運動的實驗?zāi)B(tài)參數(shù)辨識方法的激勵方法和信號選擇，以及正弦掃頻信號產(chǎn)生方法進行了研究

3、。
　?。?）高速直驅(qū)進給系統(tǒng)的控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析。建立永磁同步直線電機的數(shù)學模型及其控制系統(tǒng)模型，在 MATLAB simulink中搭建控制系統(tǒng)仿真模型，分別仿真分析了電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)的動態(tài)性能，并求解了各閉環(huán)傳遞函數(shù)?？紤]機械結(jié)構(gòu)的改變對動態(tài)性能的影響，就不同的電機動子質(zhì)量對系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生的影響進行了分析。
　?。?）高速直驅(qū)進給系統(tǒng)動子滑臺動力學特性分析。首先從能量觀點上應(yīng)用拉格朗日方程建立多自由度系統(tǒng)的運

4、動微分方程。在廣義坐標變換下，對系統(tǒng)進行建立動力學模型，分析其動態(tài)特性。固有頻率是影響動態(tài)特性的重要因素，應(yīng)用ANSYS軟件對簡化后的高速直驅(qū)進給系統(tǒng)動子滑臺進行模態(tài)仿真分析。
　?。?）高速直驅(qū)進給系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)辨識實驗平臺設(shè)計和動態(tài)特性參數(shù)辨識。針對需要測試的動態(tài)特性參數(shù)，設(shè)計搭建了進給系統(tǒng)試驗平臺。試驗平臺分為進給運動平臺、測量系統(tǒng)以及軟件分析三個部分，通過正弦掃頻實驗，基于輸入-輸出信號進行進給系統(tǒng)軸向模態(tài)參數(shù)辨識。通過

5、力錘法進行動子平臺的模態(tài)參數(shù)辨識實驗，利用 LMS test.lab來進行數(shù)據(jù)分析，分析了系統(tǒng)固有頻率并通過模態(tài)置信判據(jù) MAC進行了模態(tài)驗證。
　　本研究通過對高速直驅(qū)進給系統(tǒng)建立控制系統(tǒng)仿真模型及機械系統(tǒng)動力學模型，重點分析了其控制系統(tǒng)動態(tài)性能，通過有限元分析軟件模態(tài)分析，分析了系統(tǒng)的動子滑臺的振型和固有頻率。搭建了進給系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)辨識實驗驗平臺，利用正弦掃頻及力錘法分別對進給系統(tǒng)軸向模態(tài)和動子運動平臺進行了參數(shù)辨識，這為