基于前馈控制的数控伺服系统控制方法研究_论文

发布于:2021-09-28 17:02:55

科 技 创 新  2 0 1 5 年 第 2 8 期I 科技创新与应用  基于前馈控制的数控伺服系统控制方法研究  朱 凌 云  吴 婷  康 长 乐  杨 璐 源  江 勇 程  周 成  ( 嘉兴学院机 电工程 学院, 浙江 嘉兴 3 1 4 0 0 1 )   摘 要: 针 对数 控 伺服 系统 的控 制过 程 中存 在 的 问题 , 为减 小 复 杂 曲线 曲 面加 工 的轮 廓误 差 , 提 出基 于前馈 控 制 的伺 服 控 制 方 法 。   首先 推 导和 构 建 了前 馈控 制 器 的传 递 函数 , 然后 分 别采 用传 统 的 P I D控 制 方 法和 前馈 控 制+ P I D控 制 方 法对 数控 机 床 的 伺服 控 制  系统进行仿真验证。实验结果表明所提 出的方法能够有效地提 高系统的跟踪精度 , 从而间接提高数控 系统的轮廓加工精度。   关键 词 : 前馈 控 制 ; 伺服 系统 ; P I D控 制  引 言  随 着先 进 制 造技 术 的发 展 。 现  代 制造业对 复杂曲线曲面零件加  工提 出更高 的加工精度要求I t 1 。复  杂零 件 在 加 工 过 程 中 需 要 采 用 高  精 度 的 多轴 数控 运 动 系统 来 实 现  高性能的轮廓加工 ,以获得 良好  的 加 工 质 量 ,零 件 在 数控 加 工 过  程 中 ,一般存在跟踪误差 和轮廓  误 差 两 种误 差 。 跟踪 误 差 是 指 实  际位置 与实际 位置之 间 的距 离 ;   而轮廓误差 是指 实际位置 到期望  轮 廓 之 间 的 最 短 距 离 。 这 两 种 误  差 对 数 控加 工精 度 产 生较 大 的 影  响闭 。   时1 可( , )   时闻(   )’   ( a )前馈 控 制+ P I D控 制方 法及 其 跟 踪误 差  ( b )传 统 P I D控 制 方 法及 其 跟 踪误 差  图 2 两种 控 制 方法 及其 跟 踪误 差 图   国内外一些研究人员主要从跟踪误差方面进行研究 , 以减小单  个轴的跟踪误差 , 从 而间接地提高轮廓加工精度。 P a r k 等p 睬 用零相  位误差跟踪控制器进行控制 , Z h a o 等  提出将零相位跟踪控制 器和  干扰 观 测器 相 结合 的鲁 棒跟 踪 控 制方 法 , 能够 有 效 地提 高 系 统 的跟   踪精度 。 L i u 等睬 用 H   鲁棒控制方法对直线电机驱动十字滑台进  行控制 , 实现高精度跟踪控制。这些方法均能够有效提高伺服系统  的性能 , 但是控制算法 比较复杂 , 对于嵌入式实 时系统难 以满足实  时 性要 求 。   1前 馈 控制  为 了提高轮廓加工精度 , 在反馈控制的基础上 , 采用前馈控制  提高位置伺服系统的跟踪性能。 前馈控制是一种基于复合控制模式  的控制方法。当闭环系统为连续 系统时 , 使前馈环节与闭环系统 的  传递函数之积为 1 , 从 而实现输出完全重现输入 。反馈加前馈控制  结 构框 图如 图 I 所示。   其中, k  是伺服控制系统的加速度前馈部分,   是系统的速  度前馈部分 , k   为加速度前馈系数 , k v 为速度前馈系数。   2仿真实验  i ;   i   设数控伺服控制系统的被控对象为一价乍阶传递函数, 其表达  劫 : G : (   ) :   根据式( 5 ) 和( 6 ) , 得 到前 馈 控 制器 的表 达式 为 :   F( s) =   s+   s   : ( 6 )   ( 7 )   图 1反 馈 + 前馈 控 制 系统  则 系 统输 出 Y ( s ) 对输 入 x ( s ) 的传 递 函数 为  ( 、   ) :   x (   )   :   1   +G 1 (   )  (   )   分别采用传统 的 P I D控制以及前馈控制+ P I D控制方法对数控  伺 服 系统 进 行 控 制 , 仿 真实验条 件 : 输 入信号为 y ( k ) = 0 . 5 s i n ( 6  ̄ r t )   m m, 采样时间为 1 s , 传统 P I D控制的增益系数分别为 : k p = 8 0 , k  ̄ = 2 0 ,   k d = 0 , 0 0 2 。两 种 实 验方 法 的 实 际输 出和 跟踪 误 差 分 别 如 图 2 ( a ) 和2   ( b ) 所示 。   3结 束语   针对数控加工过程中伺服 系统所采用 的传统控制方法存在较  大 的 跟踪 误 差等 问题 , 提 出一 种 基 于 前馈 控 制 的 位置 伺 服 系 统控 制  方法 , 构建 了前馈控制器的数学模型 , 并对前馈控制器进行设计和  实现 , 然后分别采用传统的 P I D控制方法和前馈控制方法进行仿真  实验。 实验结果表 明所提出的方法能够有效地提高伺服系统的跟踪  性能 , 从 而间接提高系统 的轮廓加工精度。   参 考文 献  l 】 王永青 , 刘海波 , 贾振 元, 等. 基 于活动标 架理论 的加 工 目标 曲面  ( … 1 )   【 再 设 计及 刀位计 算 『 J 1 . 机 械 工程 学报 , 2 0 1 2 , 4 8 ( 1 9 ) : 1 4 1 — 1 4 7 .   2 ] C h e n   C . L, L i n   K . C . O b s e r v e r . b a s e d   c o n t o u i r n g   c o n t r o l l e r   d e s i g n   系统 误 差 E ( s ) = x( s ) 一 Y ( s ) , 得 到 系统 误 差 对 输 入 的 传 递 函数   【 一 ∽:   x(   )   :   1   +G

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