滚珠丝杠进给传动系统控制器参数优化.pdf

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1、DesignandR恻曲设计与研究滚珠丝杠进给传动系统控制器参数优化+杨涛①张为民①②张月磊①杨勇①(①同济大学机械与能源工程学院，上海201804；②同济大学中德学院，上海200092)摘要：以采用间接测量的数控机床滚珠丝杠进给传动系统为研究对象。建立伺服系统控制回路和机械传动环节的数学模型。利用复比法对各环节控制器进行参数优化．并且结合实例分析滚珠丝杠进给传动系统伺服控制器的优化效果。分析结果表明：利用该控制器参数优化方法，所得进给传动系统频率响应特性优良，反应迅速，超调量小。关键词：进给传动系统动态特

2、性伺服控制器参数优化中图分类号：TP273文献标识码：AOptimizationofservocontrollerparametersforball-screwfeed-drivesystemYANGTao①，ZHANGWeimin①②，ZHANGYuelei①。YANGYong①((!)CollegeofMechanicalEngineering，TongjiUniversity。Shanghai201804，CHN；@)Sino—GermanSchoolforPostgraduateStudies，To

3、ngjiUniversity，Shanghai200092，CHN)Abstract：Thispaperstudiesontheindirectlymeasuredfeed-drivesystemofNCmachinetools，andthemathe-maticalmodelsofservocontrolloopsandmechanicaldrivingmechanismaresetup．Doubleratioisusedtooptimizetheservocontrollerparametersofev

4、erycontrolloop，andanexampleapplicationdemon-stratestheeffectivenessoftheoptimalperformanceoftheservocontrollerfortheball-screwfeed——drivesystem，whichshowsexcellentfrequencycharacteristicswithquickresponseandsmallovershoot．Keywords：Feed-driveSystem；DynamicB

5、ehavior；ServoController；ParametersOptimization随着现代科学技术的进步，高速精密数控加工成器进行参数优化，并结合实例分析滚珠丝杠进给传动为现代制造业发展的必然趋势，而数控机床的工作性系统伺服控制器的优化设计效果。能很大程度上取决于伺服进给系统的动态性能。故如l优化目标何通过机械结构改良和控制系统优化来提高机床进给传动系统动态特性已成为国内外研究的热点问题。围在数控机床中，对位置调节回路的要求是：其所属绕数控机床进给传动系统的动态特性，国内外学者已进给单元根据所存储

6、的几何数据和速度数据尽可能无做了大量研究工作，其中通过改良机械传动系统的结延时，且无畸变地跟踪数控装置中所形成的位置基准构特性01-3]和利用计算机建模仿真‘4。1的方法都已发量。如图1所示，间接测量的进给传动位置调节回路展较为成熟，但对于通过各环节控制器参数优化来提可抽象为伺服系统控制模块和机械传动模块的串联，高进给传动系统动态特性方面却少有学者涉足。其中控制模块包括位置环、速度环和电流环。因此本伺服系统中各环节控制器的参数设置对伺服系统文对机床进给传动系统进行控制器优化的目标是使伺控制系统有着重要的意义

7、。控制器参数的改变会引起服控制系统与机械传动环节的动态特性相匹配，实现伺服系统特性的变化，从而影响机床的动态特性和加“机电耦合”的优良动态响应特性。工特性。因此，本文以采用间接测量的数控机床滚珠2优化原理丝杠进给传动系统为研究对象，建立伺服系统控制回路和机械环节的数学模型，利用复比法对各环节控制2．1调节技术$“高档控机床与基础制造装备”科技重大专项(2011ZX04016—021)超醪糌·49·R孑’‘⋯O平帚lu删设计与研究Designa喇R嗍咄进给传动系统采用级联调节，从最内环到最外环设置调节器的超前

8、时间已，=reM，则将对电流环依次用于调节电流、电动机角速度和电动机角位置，并调节对象中的大延迟时间进行补偿，使之为零。经约且上级主调节器的输出量等于下级局部调节回路的基分后的电流环的闭环频响函数为准量。通常情况下，调节回路主要由调节装置、调节对象和测量装置组成。其中，输出量戈与基准量埘的关凡_，2五军面1平@’系就是相应传递环节的传递特性。利用复比法，由式(2)可得2．2复比法复比法是一种以闭环调节回路的阻尼最