异形活塞数控车削加工的前馈控制研究
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摘要
异形截面零件的车削是活塞加工的关键工序之一。伺服刀架的跟踪性能对异形截面的车削精度起着极其重要的作用。在最大限度地保证伺服刀架的闭环反馈控制精度的基础上,采用前馈控制的方法将进一步提高异形截面的车削精度。本文就如何在实际车削加工中应用前馈控制方法进行研究,主要内容如下:
1.介绍了活塞数控加工系统总体结构,并就其中的伺服刀架的闭环反馈控制系统结构和跟踪误差模型进行了重点分析。
2.对伺服刀架的闭环反馈控制系统进行连续传递函数辨识。在此基础上针对不同主轴转速确定采样时间,得到相应的系统离散传递函数,为数字前馈控制器的设计奠定基础。
3.对前面辨识得到的离散系统用零相位误差跟踪控制器进行前馈控制。针对活塞加工的特点,提出了“相位线性分离―再辨识”的前馈控制器设计方法,拓展了零相位误差跟踪控制器在实际车削加工中的适用范围。
仿真与实际车削表明,采用所设计的前馈控制器后,可以达到提高异形截面零件加工精度的目的。
The machining of noncircular section is one of the key working procedures of piston machining. The tracking capability of servo tool plays an important role in machining accuracy of noncircular section. On the base of ensuring the closed loop feedback accuracy in most extent, taking feed-forward control method can further improve the machining accuracy. How to apply this control method to the machine practice is discussed in this dissertation, and it includes such contents as follows:
1. Introducing the whole configuration of piston machining system, and making a particular analysis on closed loop feedback control system of servo tool and err tracking model.
2. Achieving the continuous model of the closed loop feedback control system, and then getting the discrete model function according to the different discrete time. This supplies a basic condition for the next step.
3. Taking zero phase err track controller for the discrete system identified previously. Based on piston machining characters putting forward the technique“linear- phase-separating- identification”to design the feed-forward controller, that carving out the use of the zero phase err track controller.
Simulation and actual machining proved that using the feed-forward controller can improve the machining accuracy of the noncircular section.
1.介绍了活塞数控加工系统总体结构,并就其中的伺服刀架的闭环反馈控制系统结构和跟踪误差模型进行了重点分析。
2.对伺服刀架的闭环反馈控制系统进行连续传递函数辨识。在此基础上针对不同主轴转速确定采样时间,得到相应的系统离散传递函数,为数字前馈控制器的设计奠定基础。
3.对前面辨识得到的离散系统用零相位误差跟踪控制器进行前馈控制。针对活塞加工的特点,提出了“相位线性分离―再辨识”的前馈控制器设计方法,拓展了零相位误差跟踪控制器在实际车削加工中的适用范围。
仿真与实际车削表明,采用所设计的前馈控制器后,可以达到提高异形截面零件加工精度的目的。
The machining of noncircular section is one of the key working procedures of piston machining. The tracking capability of servo tool plays an important role in machining accuracy of noncircular section. On the base of ensuring the closed loop feedback accuracy in most extent, taking feed-forward control method can further improve the machining accuracy. How to apply this control method to the machine practice is discussed in this dissertation, and it includes such contents as follows:
1. Introducing the whole configuration of piston machining system, and making a particular analysis on closed loop feedback control system of servo tool and err tracking model.
2. Achieving the continuous model of the closed loop feedback control system, and then getting the discrete model function according to the different discrete time. This supplies a basic condition for the next step.
3. Taking zero phase err track controller for the discrete system identified previously. Based on piston machining characters putting forward the technique“linear- phase-separating- identification”to design the feed-forward controller, that carving out the use of the zero phase err track controller.
Simulation and actual machining proved that using the feed-forward controller can improve the machining accuracy of the noncircular section.
引文
[1] 陈志华. 非圆截面零件车削控制研究. 国防科技大学博士生毕业论文,2000 年 5 月
[2] 李良福. 译.非圆表面的车加工.国外金属加工,1992 年第 5 期,pp.1-3
[3] 邓中亮.《非圆零件车削加工技术》,人民邮电出版社。
[4] 三宅秀彦.CNC ピストソ加工機 TPS-3000 と加工用ダロダテムデタ作为ツステム,機械と工具,1991。No.5.p52-56.
[5] 薄建全.非圆表面数控车削系统的实验研究,清华大学硕士学位论文,1988。
[6] 刘廷章等,复杂曲面车削精度的神经网络控制,机械工程学报,第 33 卷 第 2 期,1997 年 4 月
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[8] 薄建全.非圆表面数控车削系统的实验研究.清华大学硕士学位论文,1988。
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[15] Hara s.,Omato T. and Nakano M.,Synthesis of Reptitive Control Systems and its Applications,Proceedings of 24th Conference on Decision and Control (IEEE),December 1985,pp1387-1392
[16] Masayoshi Tomizuka ,Tsu_Chin Tsao,Kok-Kia Chew ,Discrete-Time domain Analysis and Synthesis of Repetitive Controllers,Proceedings of the 1988 Ameracan Control Conference,pp 860-866
[17] Tsao T-C.,and Tomizuka M., Robust Adaptive and Repetitive Digital Tracking Control and Application to a Hydraulic Servo for Noncircular Machining,Journal of Dynamic System,Measurement and Control, MARCH 1994,Vol.116
[18] 邓中亮.《非圆零件车削加工技术》.人民邮电出版社
[19] 杨承志.《系统辨识与自适应控制》.重庆大学出版社
[20] 姜学军.《计算机控制技术》.清华大学出版社
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[27] 刘金凌.王先逵.直线电机微位移机构的控制.机械与电子,1993(6):9~10
[28] 张成乾.张国强.《系统辨识与参数估计》.机械工业出版社
[29] 杨舜洲等.PTC-III 活塞车削系统.发动机配件技术,1997.2
[30] 潘立登.潘仰东.《系统辨识与建模》.化学工业出版社
[31] 陈志华.崔红娟.活塞外圆智能加工系统.机械科学与技术,1998.5
[32] Hy D.Tran,Daniel,DeBra,Design of a Fast Short-Stroke Hydraulic Actuator,Annals of the CIRP Vol.43/1/1994
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