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工学硕士学位论文
基于轮廓误差的高速加工
速度规划与控制
硕士研究生:陈嘉莹
导师:楼云江副教授
申请学位:工学硕士
学科:控制科学与工程
所在单位:深圳研究生院
答辩日期:2012 年 12 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
CONTOURING ERROR BASED
VELOCITY PLANNING AND CONTROL
FOR HIGH-SPEED MACHINING
Candidate: Chen Jiaying
Supervisor: Prof. Lou Yunjiang
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Control Science and Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: December, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
在现代加工制造业迅猛发展的今天,希望提高加工速度以增加产量的同时,
人们也越来越关注产品的质量。由于产品质量的好坏更多取决于实际轮廓与期望
轮廓之间差距的大小,因此本课题也更加关注对轮廓误差的控制。
课题中首先分析了加工速度在控制轮廓误差中的重要性,并在论文中设计了
一种基于曲率变化的速度规划,主要是通过速度与曲率呈反比的思路,设计了
Bang-Bang 控制法和归一化控制法两种方法,这里两种方法由简入繁,并最终选择
了归一化方法进行了仿真实验,发现加入该种速度规划之后,轮廓误差较为加入
速度规划的情况有所减小。
然后,针对课题的重点部分,首先对三种具体的轮廓误差估计算法进行了分
析和研究,包括切线逼近法,圆逼近法和极坐标法,对三者进行仔细地理解和分
析之后,提出了一种改进后方法,该方法结合了三种方法的优点,在任务坐标系
下建立期望位置点的内切圆,并在该圆内建立极坐标系用于控制跟踪角度,弥补
了圆逼近法在跟踪角度过大时产生较大估计误差的缺点。在该算法思路的基础上
进行了完整地理论分析和详细地数学推导,得到了基于被控对象的控制器。最后
通过对圆和椭圆两种轨迹的仿真实验证明改进后方法要优于切线逼近法,尤其是
对跟踪角度的有效控制之后,轮廓误差也相应减小,控制效果明显。
最后,对改进后方法进行实验验证,由于该方法是基于具体的实验对象,因
此首先要对实验对象进行辨识,通过对三种辨识输入信号的分析,得到混沌信号
的辨识效果最优,并在混沌信号作为输入信号的情况下辨识出了 XY 平台的实验
对象模型。在具体的实验对象上,与圆逼近法进行比较,在高速情况下,改进后
方法同样能更好地控制轮廓误差,性能要提高 20%,同时在对跟踪角度施以较弱
或较强控制时,可以看出跟踪角度和轮廓误差都有明显减小。然后通过圆,椭圆
两种轨迹在不同速度下的四组实验结果说明,得到改进后的方法在曲率变化曲线
和任何速度情况下,控制效果均优于切线逼近法,对轮廓误差的控制性能均提高
20%。
关键词:轮廓误差;速度规划;估计方法
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
In the rapid development of modern processing and manufacturing, people want to
improve the efficiency of processing for increasing the number of the productions. At
the same time, people also concern more about the quality of the productions. For the
quality of the production depends more