文档介绍：西安电子科技大学硕士学位论文多轴系统高精度同步控制姓名:李俊杰申请学位级别:硕士专业:机械电子工程指导教师:苏玉鑫201202摘要由于机械系统的控制精度直接影响产品生产效率及质量,高精度控制一直是控制理论与应用的热点问题。为了提高多轴系统的控制品质,不仅要考虑单个轴的控制精度,还要把各个轴之间的运动控制有机协调起来,才能达到系统整体全局性能的最优化。同步控制技术是多轴系统降低同步误差、保证加工精度的关键,也是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。本文首先分析了多轴系统及同步控制技术的发展与现状,简单介绍了非线性控制理论。为了在保证控制精度的前提下,让控制算法易于工程实现,我们采用位置同步误差的控制器,它很好的保证了同步控制精度。另外,在很多实际应用中,由于限定了系统完成的时间,或者为了避免超调,往往需要严格控制从起始加前馈补偿的同步跟踪控制器,以有效的跟踪期望轨迹。最后,在工程实际中,当控制算法所需要的控制力矩超过驱动器最大输出力矩时,控制力矩会被限幅输出,这样就会严重影响系统的控制品质,为了避免这种情况,就前面两种控制器??????????????????????????????????????????.????琲??????????????????????????甤????????甋??????????????????瑃??????????????谢?????,??????????????????瑆???????????瑃???????.???????????.??????????第一章绪论在现代制造业中,人们对高生产率、低成本的需求越来越高,例如表面贴装机和数控机床在加工一些复杂零件或为了减少产品加工的工序时,常需要让它们的机械轴同步运动来进行加工,也正因如此,多轴系统在现代工业生产中被广泛应用,如三峡工程中使用的升船机、煤球机、冶金工厂中的多轴辊道、造纸机、桥式或龙门起重机以及各种机器人系统。但随着社会的发展,人们对多轴系统提出了更高的要求,如高速度、高精度的加工要求在造纸、印染、纺织等产业生产中显得越来越重要,为了提高多轴系统的综合性能,不仅要考虑单个轴的控制品质,还要把各个轴之间的运动控制有机协调起来,才能达到系统整体全局性能的最优化。多轴系统是非线性、强耦合的多输入多输出系统,其多个轴的协调控制是一个很复杂且很重要的问题。在机械加工中,由实际位置到期望轮廓的距离产生的轮廓误差直接关系到产品的质量,减小同步误差是降低轮廓误差的关键。高速龙门移动键铣加工中心是同步运动的典型例子,龙门柱沿导轨纵向进给,能获得很高的加速度特性,但由于横梁、刀架等大型移动部件的结构和受力并不是严格对称的,再加上存在各种不确定性扰动,所以不能保证龙门框架移动的高度一致性,这种不一致性产生的机械耦合将降低同步进给程度,影响加工质量,甚至可能使龙门框架或驱动元件受到损坏。同步控制技术是这类机床降低轮廓误差、保证加工精度的关键。采用多轴系统同步控制技术的数控机械用数字控制和伺服技术代替传统的机械传动机构,简化了设备的机械结构,提高了设备的精度、灵活性、寿命和效率【?。因此,多轴系统同步控制技术是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。??多轴系统同步控制技术的发展与现状多轴系统同步控制技术是一门跨学科的综合性技术,是电力电子技术、电气传动技术、信息技术、控制技术和机械技术的有机结合,近年来,随着相关技术的发展,多轴系统同步控制以其优越灵活的控制方式在现代工业生产中得到了广泛的应用。多轴系统同步控制方法可分为两大类:机械同步方式和电同步方式。机械同步方式主要有机械总轴同步摔制,而电同步方式主要有主令参考同步控制、多轴系统高精度同步控制第一章绪论作环境变化,需要增加或减少单元时,必须增加或移去这些机械部件,而频繁的单元变动会使系统的操作复杂化。虽然机械总轴同步控制系统能够有效地保证各分区单元之间紧密同步,但由于其应用范围有限,不适宜应用于各分区单元跨度较大的应用场合。但随着工业的不断发展,愈来愈多的控制系统要求各分区单元能够大跨度地工作,同时能保证一定的同步性能。此时,主令参考同步控制方式以其分区单元没有距离限制和系统的输出功率较之机械总轴同步方式而言大为提高的特点被广泛应用,但这种控制方式只有在一定条件下才能够满足同步要求。在主令参考同步控制系统中,系统的输入信号?髁畈慰夹藕?直接作用到每个单元的电动机上,因此每个单元获得一致的输入信号。各单元的输入信号不受除了参考信号以外的任何其它因素的影响,所以任一单元的扰动不会影响任何其它单元的工作状态。如果仅仅是主令参考信号的波动,此时各单元的同步主要靠各单元对主令信号的一致跟随;但当某一单元发生扰动时,系统的同步就得不到保证。该方式与机械总轴方式相比,主要是因为失出了各个分区单元之间的相互反馈环节,