基于劣化模型的伺服系統(tǒng)誤差補(bǔ)償方法.研究

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文作為數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體的連接環(huán)節(jié)，伺服系統(tǒng)性能的提高將有助于數(shù)控裝備的可靠性。本文運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論對伺服系統(tǒng)位置誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究位置誤差劣化規(guī)律，預(yù)測其劣化趨勢，為評估伺服系統(tǒng)的可靠性提供支撐；利用誤差補(bǔ)償技術(shù)以及伺服控制改進(jìn)技術(shù)對伺服系統(tǒng)位置精度進(jìn)行補(bǔ)償及提高，為研究基于自適應(yīng)控制的大型數(shù)控裝備的可靠性增強(qiáng)和主動維護(hù)技術(shù)提供支持。1.2.1論文研究的意義數(shù)控機(jī)床目前已廣泛應(yīng)用于我國各類工業(yè)加工過程中，如何保證數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行的過程中有良好的加工性能，同時保證數(shù)控機(jī)床在整個壽命周期內(nèi)的性能是當(dāng)前的重要研究內(nèi)容

2、。而伺服系統(tǒng)作為數(shù)控裝備中的重要環(huán)節(jié)，對數(shù)控機(jī)床的加工精度、加工質(zhì)量等加工性能有主要影響。鑒于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在我國的廣泛的應(yīng)用，研究如何提高半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度便具有重要意義。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)加工精度提高的研究上，國內(nèi)外都有了大量的研究成果，主要的措施有進(jìn)行誤差補(bǔ)償提高加工精度以及通過改善控制方法提高控制精度。通過誤差在線測量和補(bǔ)償，能有效提高半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度。誤差補(bǔ)償通常是以大量的誤差測量數(shù)據(jù)，以及誤差模型為補(bǔ)償基礎(chǔ)。然而，在工程實際中，影響誤差產(chǎn)生的因素繁多，如加工工藝參數(shù)、加工對象的材質(zhì)、刀具磨損狀況等等，為簡化誤差建

3、模過程，通常需要對一些參數(shù)做出簡化，這也影響了誤差建模的準(zhǔn)確性。另外，許多誤差量在實際工程中不易進(jìn)行實地測量，導(dǎo)致誤差量數(shù)據(jù)有限，這也影響了誤差補(bǔ)償模型的準(zhǔn)確度。而對大型數(shù)控裝備，由于其數(shù)量非常少，其誤差數(shù)據(jù)則更為有限。在控制方法研究上，現(xiàn)代控制理論為提高半閉環(huán)伺服系統(tǒng)精度提供了有效工具。將輸出值與指令值之間的差值σ，反饋回系統(tǒng)輸入端，可補(bǔ)償系統(tǒng)因為眾多因素而引起的精度下降現(xiàn)象。因此，σ值的精度決定了反饋控制的精度，而由于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)不包含在位置控制環(huán)內(nèi)，σ值沒有反映傳動系統(tǒng)的劣化情況，這將直接影響到反饋控制的精度。目前，大多

4、數(shù)研究集中在改進(jìn)控制算法上，而對如何提高σ的精度的研究尚少。鑒于此，在考慮了各種因素所引起半閉環(huán)伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)位置誤差的變化后，利用現(xiàn)有的位置誤差劣化數(shù)據(jù)，本文基于支持向量機(jī)方法對位置誤差進(jìn)行劣化預(yù)測，將該劣化誤差反饋補(bǔ)償于模糊控制器的輸入端，同時改進(jìn)模糊控制規(guī)則，以提高伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及穩(wěn)態(tài)精度，為數(shù)控裝備可靠性增長及維護(hù)提供支持。2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在生產(chǎn)過程中，加工精度是衡量數(shù)控系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)之一，也是高可靠性數(shù)控裝備需保證的指標(biāo)之一。在數(shù)控機(jī)床使用期內(nèi)，都需保證機(jī)床有較高的加工精度。因此

5、，對數(shù)控機(jī)床可靠性的研究已從早期的僅應(yīng)用于初期設(shè)計以及預(yù)測等方面擴(kuò)展到了數(shù)控裝備的全壽命周期中，也出現(xiàn)了對數(shù)控機(jī)床加工可靠性的研究，通過對數(shù)控機(jī)床加工精度的控制與預(yù)測，來提高數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量。在數(shù)控機(jī)床使用過程中，通過改善機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)以提高加工可靠性，并能根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整機(jī)床的各項性能指標(biāo)，保證數(shù)控機(jī)床在整個壽命周期內(nèi)均能有良好的加工精度，從而提高機(jī)床全壽命周期內(nèi)的加工可靠性。1.3.1誤差補(bǔ)償技術(shù)數(shù)控機(jī)床在使用過程中，由于各種因素的作用以及機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將導(dǎo)致加工誤差在使用過程中逐漸加大，進(jìn)而影響機(jī)床加工精度以及加工可靠性

6、。在各種提高數(shù)控機(jī)床加工精度的方法中，誤差補(bǔ)償技術(shù)是一種常用且有效的方法之一。20世紀(jì)50年代，為機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的早期，該時期的誤差補(bǔ)償以誤差測量為主要的手段，基于誤差測量對機(jī)床的結(jié)構(gòu)、相關(guān)參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整，從而減小系統(tǒng)的加工誤差。與現(xiàn)代誤差補(bǔ)償?shù)亩嗾`差補(bǔ)償相比，早期的誤差補(bǔ)償以單項誤差為主，且補(bǔ)償方式為硬件補(bǔ)償，補(bǔ)償精度受到極大限制。到上世紀(jì)60年代，為提高誤差補(bǔ)償精度，研究學(xué)者相繼提出了各類誤差計算模型，模型普遍考慮了多種不同的誤差影響因素，誤差計算也由此進(jìn)入了精確計算時期。到70-80年代，誤差補(bǔ)償技術(shù)成功地應(yīng)用于坐標(biāo)測[1]

7、量機(jī)上。如今，誤差模型精確度的提高以及軟件補(bǔ)償方法的有效發(fā)展大大提高的機(jī)床[2][3]的加工精度。各國在數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)上進(jìn)行了很多研究并取得了一定的進(jìn)展，分別表現(xiàn)在誤差測量，誤差建模以及誤差補(bǔ)償裝置的設(shè)計開發(fā)等方面上。[4]在早期的誤差測量技術(shù)領(lǐng)域，J.B.Bryan發(fā)明了雙球規(guī)法用于檢測運(yùn)動軌跡精度。[5]W.Knapp發(fā)明了基準(zhǔn)圓盤-雙向微位移計測頭法來獲得圓弧插補(bǔ)運(yùn)動運(yùn)動軌跡。奧山[6][7]繁樹發(fā)明了全周電容-圓球法。Heidenhaim提出了平面正交光柵法。在近幾年的誤差測量方面，日本學(xué)者丘華和姜明錫分別提出了二連桿機(jī)構(gòu)

8、角編碼器法和四連桿機(jī)構(gòu)法。[8][9]韓國的樸喜載等提出了機(jī)動球桿法評定機(jī)床三維空間誤差技術(shù)。另外，還出現(xiàn)了納米測量技術(shù)，如光干涉測量儀、量子干涉儀、電容測微儀、X射線干涉儀等。3華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)