结构与控制整合设计在加工机上之应用

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1、行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告結構與控制整合設計在加工機上之應用計畫類別：個別型計畫計畫編號：NSC91-2212-E-110-019-執行期間：91年08月01日至92年10月31日執行單位：國立中山大學機械與機電工程學系(所)計畫主持人：程啟正計畫參與人員：許藍元李文昊報告類型：精簡報告處理方式：本計畫可公開查詢中華民國93年2月3日摘要在機械設計的過程中，其包含了結構設計與系統控制兩大領域，彼此相互耦合而有著密不可分的關係。因此在設計過程中必須加以整合，以減低參數因不同領域需求所造成的彼此干擾，而必須藉由多目標領域的最佳化方式加以設計以符合需求。為了驗證本計畫所提出結構與控制整

2、合設計構想，過程中將藉由國內產值最大產量最多的工具機為設計分析載具，針對結構設計與系統控制進行控制化設計模式之最佳化設計。首先利用Pro/E、Adams等工程軟體建構3D實體模型，對於元件靈敏度與影響控制器性能之結構參數進行設計分析，以確定分析模型之物理特徵。除此之外，本計畫也將利用MATLAB電腦輔助控制器設計軟體，針對傳統的（控制化設計）的方式尋找出影響系統特性的控制參數並加以確定。而達成結構與控制的雙向設計最佳化，以建立完整的多領域設計分析技術，進一步提昇產品在國際上的競爭力。關鍵字：工具機、結構控制整合設計、為控制而設計、為設計而控制、多目標最佳化AbstractTheprocesso

3、fmachinedesignincludestwodomains:structuredesignandsystemcontrol.Bothfieldsarecloserelated.Inordertoreducethedisturbancecausedbyparametersinbothspecifications,domainknowledgeofthesetwofieldsneedstobefullyintegrated.Specificationsinbothdomainscanthereforebesatisfiedusingtheapproachofmulti-objectiveop

4、timization.Toverifyfeasibilityoftheproposedapproach,whichintegratesthedesignprocessesofstructureandcontroltoreachmulti-objectiveoptimizationforsystemdesign,asingle-axismachinetoolwillbechosenforimplementationanddemonstration.Atthebeginning,softwarepackagessuchasPro/EandAdamswillbeappliedtobuild3Dmod

5、elsforanalysisanddesignofstructuralparameters.Theirsensitivitiesandeffectstoperformanceofcontrollerswillalsobeinvestigated.Besides,theMatlabwillbeusedtocharacterizetheinfluenceofcontrollerparametersonthewholesystem.Asystematicmethodologyofmulti-objectiveoptimizationfordesignofanelectro-mechanicalsys

6、temwillbeestablished.Thecompetitivityofproductsintheinternationalmarketscanthereforebefurtherraised.Keyword:machinetools,integrateddesignofstructureandcontrol,designforcontrol,controlfordesign,multi-objectiveoptimization一、緒論結構與控制整合設計。此兩領域的智慧型整合設計架構，已廣泛應用於結構的主動控現代機械工程技術發展方向已不再侷制、機器人、航太、電腦硬碟等重要領域，限於某一

7、領域，而必須同時兼顧多領域的設而成爲嶄新的應用方向。因此對於結構控制計問題以滿足整體性能需求。然而在整個多整合的設計與研究而言，具有重要意義。領域的設計問題中，其應用程度最高的應屬1控制頗為費時，且控制器設計需求受限於結構設規格構型結構結構與控器設需求規劃設計計制器修改計的結果，控制效能較無法完全展現。1996年Yang等人[5][6]利用多重領域最佳化與參結構控制需求需求數靈敏度方法，針對硬碟機