高速直驱进给系统动态特性参数辨识技术研究

发布时间：2017-07-08 08:31

  本文关键词：高速直驱进给系统动态特性参数辨识技术研究

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【摘要】：随着工业生产需求和超微细加工质量的要求不断提高,要求高速直驱进给系统具有良好的动态特性提高运动平稳性,从而改善加工效率和改善产品质量。高速直驱进给系统采用直线电机驱动,具有无间隙、高加速度、高速度以及高带宽的传动特性,越来越多的取代“旋转电机+滚珠丝杠”驱动方式在高档数控机床上被采用。本文以高速直驱进给系统作为研究对象,对控制系统动态性能及机械系统动态特性的参数辨识方法进行深入研究,为通过机械结构优化和控制器参数调节来提高系统的定位精度提供依据。本研究的主要内容如下:(1)高速直驱进给系统三维实体模型的建立。采用Solid Works软件对交流同步直线电机驱动的高速进给运动平台建立了三维实体模型。对其底座和动子运动台连接部的交叉滚柱导轨采取简化处理,为进一步的模态参数辨识奠定基础。(2)动态特性参数辨识方法研究。分别从时域和频率介绍了常用的模态参数辨识方法。对基于运动的实验模态参数辨识方法的激励方法和信号选择,以及正弦扫频信号产生方法进行了研究。(3)高速直驱进给系统的控制系统动态性能分析。建立永磁同步直线电机的数学模型及其控制系统模型,在MATLAB simulink中搭建控制系统仿真模型,分别仿真分析了电流环,速度环,位置环的动态性能,并求解了各闭环传递函数。考虑机械结构的改变对动态性能的影响,就不同的电机动子质量对系统动态性能产生的影响进行了分析。(4)高速直驱进给系统动子滑台动力学特性分析。首先从能量观点上应用拉格朗日方程建立多自由度系统的运动微分方程。在广义坐标变换下,对系统进行建立动力学模型,分析其动态特性。固有频率是影响动态特性的重要因素,应用ANSYS软件对简化后的高速直驱进给系统动子滑台进行模态仿真分析。(5)高速直驱进给系统动态特性参数辨识实验平台设计和动态特性参数辨识。针对需要测试的动态特性参数,设计搭建了进给系统试验平台。试验平台分为进给运动平台、测量系统以及软件分析三个部分,通过正弦扫频实验,基于输入-输出信号进行进给系统轴向模态参数辨识。通过力锤法进行动子平台的模态参数辨识实验,利用LMS test.lab来进行数据分析,分析了系统固有频率并通过模态置信判据MAC进行了模态验证。本研究通过对高速直驱进给系统建立控制系统仿真模型及机械系统动力学模型,重点分析了其控制系统动态性能,通过有限元分析软件模态分析,分析了系统的动子滑台的振型和固有频率。搭建了进给系统动态特性参数辨识实验验平台,利用正弦扫频及力锤法分别对进给系统轴向模态和动子运动平台进行了参数辨识,这为提高高速直驱进给系统的动态性能提供理论基础,对直驱进给系统的广泛应用有积极意义和重要作用。
【关键词】：直驱进给系统 动态特性 参数辨识 直线电机
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 课题来源11
• 1.3 课题研究现状11-15
• 1.3.1 永磁直线电机及直驱进给系统应用现状11-13
• 1.3.2 直驱进给系统动态特性参数辨识技术研究现状13-15
• 1.4 课题研究的目的与意义15-16
• 1.5 课题主要研究内容16-18
• 2 直驱进给系统及其控制系统动态性能分析18-31
• 2.1 永磁直线电机原理及其驱动进给系统结构18-19
• 2.2 永磁同步直线电机建模及动态性能分析19-28
• 2.2.1 永磁同步直线电机数学模型的建立19-21
• 2.2.2 永磁同步直线电机驱动进给系统的控制系统建模21-22
• 2.2.3 永磁同步直线电机驱动进给系统的动态性能仿真分析22-28
• 2.3 机械结构因素对高速进给系统的动态性能的影响28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 基于输入-输出信号的动态特性参数频域辨识方法研究31-41
• 3.1 机械运动的自激励方法研究31-34
• 3.1.1 激励方法及辨识原理31
• 3.1.2 常用激励信号31-32
• 3.1.3 正弦扫频信号的matlab/simulink实现32-34
• 3.2 实验频响函数计算方法34-35
• 3.3 模态参数频域辨识方法35-38
• 3.4 基于正弦扫频信号的系统参数辨识仿真分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 高速直驱进给系统机械系统建模及有限元模态分析41-55
• 4.1 高速直驱进给系统实体建模41
• 4.2 多自由度振动系统模态分析理论基础41-42
• 4.3 机械系统建模42-47
• 4.3.1 模型的简化42-43
• 4.3.2 自由振动微分方程的建立43-47
• 4.4 高速直驱进给系统机械系统有限元模态分析47-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 直驱进给系统动态特性参数辨识实验研究55-66
• 5.1 实验用高速直驱进给系统组成55-56
• 5.2 基于运动的高速直驱进给系统轴向模态辨识56-60
• 5.2.1 实验系统硬件设备及软件组成56-57
• 5.2.2 轴向模态参数辨识测试57-59
• 5.2.3 实验结果与分析59-60
• 5.3 力锤法动子运动平台模态参数辨识60-65
• 5.3.1 实验系统硬件设备及软件组成60
• 5.3.2 模态测试60-62
• 5.3.3 实验结果与分析62-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-71
• 在学研究成果71-72
• 致谢72

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本文编号：533801