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1、一种伺服加载系统的设计与测试舒强,等一种伺服加载系统的设计与测试DesignandTestoftheServoLoadingSystem1,21,21,2舒强胡秋米良12(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院超精密加工技术实验室,四川绵阳621900)摘要:针对气动或液压加载存在的加载力精度不高和需要额外的气源或液压站等特点,研制了一种基于伺服电机和弹性元件的力驱动器及控制系统。针对常规PID不能同时实现良好的动、静态性能的缺点,采用非线性增量PID算法实现力
2、驱动器的全闭环控制;采用3σ准则剔除力传感器及其数据采集系统存在的粗大误差,以提高力控制精度。对力驱动器工程样机进行了性能参数测试,结果表明该力驱动器具有优良的静、动态特性和重复性。关键词:力驱动器伺服系统非线性PID控制精度中图分类号:TP274文献标志码:AAbstract:Pneumaticorhydraulicloadingfeatureslowaccurateloadingforceandneedsextraairsupplyorhydraulicstation,theforceactuat
3、orandcontrolsystembasedonservomotorandelasticelementhasbeendeveloped.AimingatthedemeritsofconventionalPID,e.g.,unabletoimplementbothofgooddynamicandstaticperformance,thefullclosedloopcontrolofforceactuatorisimplementedbyadoptingnonlinearincrementalPID.W
4、ith3σcriteria,thegrosserrorexistinginforceactuatoranditsdataacquisitionsystemisexcluded,forenhancingcontrolaccuracy.Thetestsforperformanceparametersareconductedontheengineeringprototype,theresultsindicatethattheforceactuatorpossessesexcellentbothstatica
5、nddynamiccharacteristicsandrepeatability.Keywords:ForceactuatorServosystemNonlinearityPIDControlaccuracy杠,滚珠丝杠推动加载弹簧实现驱动力加载。力驱动0引言器主要由基座、伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、线性导力驱动器在精密装配、机床主轴刚度检测、能动光轨、前加载盘、后加载盘、加载弹簧、力传感器等零件组学等领域都有广泛的应用。在精密装配领域,通常需成。加载时,伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠转动,要可控的加
6、载机构实现预紧力的精确控制,保证装配滚珠丝杠带动前加载盘沿着线性导轨直线运动,前后[1]质量;在机床行业,机床和主轴的刚度测试及可靠性加载盘产生相对运动,使二者之间的加载弹簧压缩产[2-3]载荷谱的施加需要一套加载机构施加加载力;在生加载力,加载力通过后加载盘传递到传感器,并通过利用大口径拼接主镜中,为了克服重力变形的影响,需加载头最终作用在加载部位上。力驱动器的轴向力通要一套可精确调整加载力的能动加载装置实现主镜的过一对面对面的丝杠用推力角接触器传递到基座上。[4]变形补偿。通常选择的驱动方案有气动
7、、液压和电为了实现驱动力的高分辨率、精度、加载范围和加动加载。其中,气动加载需要气源,而且气缸与活塞之载速度,需要合理选择加载弹簧的刚度、压缩长度,丝杠间的摩擦限制了力驱动器加载精度的提高。液压加载的导程,电机编码器线数和额定转速。本文采用台达需要一套液压站,且存在压力脉动和易污染的缺点。EMCA04带有抱闸的伺服电机,编码器线数为10000,滚采用电动伺服加载,配合高精度的滚珠丝杠,具有摩擦珠丝杠的导程为2mm,公称直径为14mm,弹簧的设计小、运动分辨率高的特点,能够很容易地实现高分辨率刚度为30
8、N/mm,材料选用65Mn。根据选择部件的参的加载力,结构简单、适应性强。数,可以得到力驱动器的理论输出分辨率为:2π21结构设计10000×2π×200N=0.04N(1)伺服电机的设定转速为300r/min,则理论加载速本文设计的力驱动器采用伺服电机驱动滚珠丝度为:修改稿收到日期:2013-12-26。300r/60s×2mm/r×200N/mm=2000N/s(2)第一作者舒强(1986-),男,2012年毕业于中国科学院机械制造及自为了防止力驱动
