变负载对数控机床直线电机控制系统影响研究

《变负载对数控机床直线电机控制系统影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第185期)机械工程与自动化NO．42014年O8月MECHANICALENGINEERING8LAUT0MATIONAug．文章编号：1672—6413(2014)04-0169—03变负载对数控机床直线电机控制系统影响的研究许道金，杨庆东，衣杰，宋宏智(北京信息科技大学机电_T-程学院，北京100192)摘要：介绍了基于直线电机的数控机床进给系统的特点，通过理论推导分析了负载大范围变化时直线电机作为进给系统的误差机理，并利用专用实验设备模拟数控机床实际加工工况进行实验，结果验证了在负载大范围变化时单一模

2、型控制下的直线电机进给系统的运动精度和定位精度较差。关键词：直线电机；运动控制；变负载；数控机床中图分类号：TG659：1"M359．4文献标识码：A0引言程、电磁推力方程和机械运动方程如下：直线电机作为数控机床直驱进给系统时，因为无中间传动环节，负载的大范围变化以及突变等将直接I“一R+L警+e加载在电机上，对直线电机伺服系统产生一定的影响，1F一K·(1从而影响直线电机的运动和定位精度。为提高控制精【M=F一一Bv度，前人不仅从结构上对直线电机进给系统进行了优其中：U为q轴电压；R为绕组电阻；为q轴电流；L化，在控制策略上也做了很多研究，但基本是采

3、用固定为绕组电感；e—K为电枢反电势，K为反电势系模型控制变负载情况下直线电机的运动，了解变负载数，73为动子速度；F为电磁推力；K为推力系数；M对误差的影响程度是进一步研究针对变负载的先进控为动子与负载的质量；F为扰动；B为阻尼系数。对制方法的前提。本文通过理论分析、仿真和实验验证式(1)进行拉氏变换，得：了在单一模型控制下直驱进给系统的误差情况。一1伺服控制系统模型分析IF为了获得与直流电机相似的控制效果，对数控机m(s)一K(s)·(2)床上的永磁同步直线电机可采用矢量控制方法进行解l(s)--耦控制，通过坐标变换将口，6，c轴电流变换成d，g轴

4、电流，通过控制决定电磁推力的q轴电流来控制直线把负载和电机动子看成一个整体后，电流环和速电机的推力。由电机统一理论和直线电机在数控机床度环的调节都采用PI控制器，伺服控制系统的结构如图1所示[1]。上使用的结构特点推出直线电机矢量控制电压平衡方龇往比转速的变化时间短得多，也就是说比反电动势￡耋，f、一：±壶壶．㈣f，譬曩霎奎小看作零值来处理．。篓+a(K+I15)．L~-T-L5，由此得到的其中电流环的传递函数为：K为比例系数；T为电流环的时间常数；为：箍篆、靠收稿日期：2013—11—08；修回日期：2014—02—08作者简介：许道金(1987一)

5、，男，江苏徐州人，在读硕士研究生，主要从事先进制造技术方面的研究。学兔兔www.xuetutu.com·17O·机械工程与自动化2014年第4期小，可将电流环看作一个比例环节，且比例系数为K。3．2在直线电机动子上加载500N负载暂不考虑扰动的情况下，速度环的传递函数为：500N负载工况下系统的位置阶跃响应见图3。Ki(K，+1)K1Kr调整时间为0．027S，超调量为31．2。(5)=—————-土～．(4)000I+K(K+1)胍／Xl／Xy~___R0，-，(1+Td)000＼+丑000其中：K为积分增益系数；K为速度反馈系数；Td为辑000^0

6、速度反馈时间常数；K为输出信号增益；K为积分系一<辞000数；为积分环节时间常数。2负载变化对伺服系统性能的影响分析t／ms直线电机伺服控制系统的主要功能是为负载连续图2空载时系统位置阶跃响应提供推力，以及获得良好的运动控制精度。大范围变负载(即结构或参数不确定性)或负载的突变会对伺服∞＼系统的运行效果造成影响，这种影响会大大降低控制丑系统的动态性能。了解变负载时伺服系统的工作情况僻^是解决这一问题的前提。一<簿直线电机伺服控制系统速度环的等效闭环传递函数可写为：G(s)：==b0s+b1(5)图3500N负载工况t／ms下位置阶跃响应∞＼丑臻辑其中：

7、a。一K1KKTK，KTTd+MTv．(6)3．3在直线电机动子上加载1000N负载98765432112a】一K1KKTKrKT+K1KK，Td+B．(7)1000N负载工况下系统的位置阶跃响应见图4。OOO∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞OOOOO0OOOa2=KlKKTK，．(8)调整时间为0．031S，超调量为33．1。bo—K1KKTKT．(9)b1===K1KfKT．(10)位置环的等效被控对象为：G㈤一G)一—筹×：：：b。lb——S十————．(儿)08001600240032．00s。++丝st／ms“0O-0图41000N负载工况下位置阶跃响

8、应在实验系统负载大范围变化时，其静态性能和动3．4预加横向推力1000N时态性能均将受到影响。