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| 数控车床补给程序的摹拟 | | 发布者：admin 日期：2012-11-26 点击：410 | | | 驱动电机模型根据克希荷夫定律，沈阳第一机床厂电机的电枢电压方程为U=Ldidt+iR+Ue式中，U为电机电枢输入电动势（V）；L为电机电枢电路电感（H）；i为电机电枢电流（A）；R为电机电枢电路电阻（Ω）；Ue为电枢反电势（V）。
又电枢反电势和电机的输出角速度成正比，即Ue=Ceθ1式中，Ce为电机反电势系数（V.s/rad）；θ1为电机输出角速度（rad/s）。在零初始条件下，对式进行Laplace变换，得U（S）=（Ls+R）I（S）+Ue（S）Ue（S）=Ces（θ1）1.
刚度模型为了确定进给系统中拖板的实际运动情况，沈阳第一机床厂应准确分析进给系统的变形情况，其变形包括角变形δθ和轴向变形δX.δθ=TDKD+TDKC+TDKT（12）δX=X1-X0=FD/KL其中KD为滚珠丝杠角度扭转刚度；KC为皮带轮延长引起的扭转刚度；KT为滚珠丝杠扭转刚度，且1KT=1KD+1KC；KL为进给滚珠丝杠副传动系统轴向刚度；X1为滚珠丝杠旋转引起的螺母横向位移，它随螺纹特性参数的改变而改变，且有X1=K2θ0，K2为反映旋转运动与横向运动之间转换关系的系数。
综合角变形和轴向变形，则螺母的X0=K2θ1-FD（K1K2KT-1KL）令1KX=K1K2KT+1KL则X0=K2θ1-FDKX机电进给系统综合结构图结合上面所推导公式，沈阳第一机床厂可构造如所示包括间隙和摩擦非线性因素的机电进给系统综合结构图。
X轴进给系统综合结构图显然，为机电进给系统的一个参数化模型，可通过改变系统中刚度、间隙、摩擦等参数的大小，了解各参数对系统动态性能的影响。为了便于分析，给出其相应的系统仿真模型图，如示。
图中Tf为加到电机轴上的包括静摩擦扭矩、切削力和惯性力等阻力矩（或负载转矩）；Ki为电流环反馈系数；Kv为速度环反馈系数；Ku为功率放大倍数；Kd为速度环放大倍数<3>.
理想线性状态的仿真分析为方便分析比较，在不考虑系统中间隙非线性和摩擦非线性以及传动轴柔性的条件下，对所示的模型采用电流环、速度环和位置环三环PID控制方法进行仿真，沈阳第一机床厂其中各参数分别为Ki=01001，Ku=11，Kd=6，Kv=2，Ce=01001.
得到（a）、（b）所示的理想线性状态下系统正弦位置跟踪和速度跟踪曲线，结果表明对线性系统，当系统中无非线性因素（忽略摩擦、间隙的影响）时，采用该方法具有较好的控制效果。
具有摩擦非线性因素的仿真分析当系统中有非线性因素（有摩擦因素干扰TF=10，不考虑间隙影响）时，正弦位置跟踪和正弦速度跟踪的结果如（a）、（b）所示，由于静摩擦的作用，在低速跟踪时，位置跟踪存在“平顶”现象，速度跟踪存在"死区"现象。也就是说对包含摩擦非线性因素的模型采用PID控制，其鲁棒性能差，不能达到高精度的跟踪误差。
由于非线性摩擦的影响，系统的稳定性明显变差，沈阳第一机床厂主要表现为低速跟踪的不平稳性和正弦跟踪换向带来的误差突变。这说明，位置控制回路的控制器选用PID，只在一定程度上保证了电机输出转角的准确性，当系统中存在摩擦因素时，系统的准确性降低。
为了提高系统传动精度，一是提高齿轮的加工精度，减小传动间隙；二是对丝杠螺母机构采取一定措施，消除工作台反向时的死区非线性；三是在丝杠或工作台上安装检测装置构成半闭环或全闭环的伺服进给系统，消除死区非线性的影响，以提高进给系统的准确性。 | | | | [返回] [打印] |
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