[發(fā)明專利]一種降低直線進給系統(tǒng)速度波動的方法

有效

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• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113938061B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 王兆國;馮顯英;靳華偉
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P21/00;H02P21/18;H02K7/06;H02K7/10
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 李曉峰

本發(fā)明涉及超精密加工技術領域，具體涉及一種降低直線進給系統(tǒng)速度波動的方法。本發(fā)明采用雙電機六次諧波轉矩差半周期奇數倍控制，有效降低了直線進給系統(tǒng)速度波動，與對電機結構設計進行改進的方法相比，有效降低了電機設計和制造成本，與通過特殊的控制方法如自適應滑膜控制、魯棒控制、比例?積分?諧振控制、轉矩脈動辨識與補償方法等相比，控制方法更簡單，控制參數更易調整，系統(tǒng)可靠性更高，降低進給系統(tǒng)速度波動的效果更加明顯。本發(fā)明解決了超精密加工過程中由于進給系統(tǒng)本身輸出轉矩諧波引起進給系統(tǒng)速度波動導致工件表面加工質量差的難題，能夠實現(xiàn)超精密加工過程中的高精度直線運動，顯著提高工件的加工質量。

技術領域

本發(fā)明涉及超精密加工技術領域，具體涉及一種降低直線進給系統(tǒng)速度波動的方法。

背景技術

隨著工業(yè)技術的更新迭代，精密與超精密加工技術的迅速發(fā)展對產品零部件的加工精度要求越來越高。伺服進給系統(tǒng)由伺服驅動器、永磁同步電機和機械傳動裝置組成，驅動工作臺移動，進給系統(tǒng)本身有一些降低精度的內部因素，如電機結構和驅動電路的非線性引起的電機轉矩的多諧波成分造成的轉矩波動，會導致直線進給系統(tǒng)速度和位移的波動，嚴重影響工件表面的加工精度。

在發(fā)明專利CN104714485B：《一種微型高精度微量進給伺服系統(tǒng)及控制方法》中，發(fā)明了滾珠絲杠副的絲杠和螺母的差速雙驅動進給的方案；在發(fā)明專利CN112077638B：《一種集成液體靜壓螺母主驅動型絲杠副直線進給單元》中，發(fā)明了液體靜壓螺母的驅動的直線進給單元。

目前，在抑制轉矩波動引起進給系統(tǒng)速度波動的相關技術中，采取的主要措施及存在的主要問題如下：

1、從電機本身結構設計出發(fā)，對電機結構設計進行改進，如電機斜槽或斜極、使用分數槽繞組、優(yōu)化繞組分布等，然而對電機結構設計進行改進將使電機設計和制造更加復雜，增加電機設計制造成本。

2、通過特殊的控制方法來抑制轉矩波動，如自適應滑膜控制、魯棒控制、比例-積分-諧振控制、轉矩脈動辨識與補償方法等，然而，這類控制方法的算法實現(xiàn)較為復雜，特殊控制算法的控制精度取決于控制模型的精度，系統(tǒng)可靠性比較低。

由于超精密加工過程中由于進給系統(tǒng)本身輸出轉矩諧波引起進給系統(tǒng)速度波動導致工件表面加工質量差。因此，需要對降低直線進給系統(tǒng)速度波動的方法進行改進。

發(fā)明內容

針對上述技術背景提到的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種降低直線進給系統(tǒng)速度波動的方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明提出了一種降低直線進給系統(tǒng)速度波動的新方法。

本發(fā)明的控制對象是采用一個電機帶動絲杠和一個電機帶動螺母雙電機控制的直線進給機構，所述雙電機控制的直線進給機構的絲杠和螺母副可以是滾珠絲杠副、滑動絲杠副或者液體靜壓絲杠副。

本發(fā)明提出的一種降低直線進給系統(tǒng)速度波動的新方法包括以下步驟：對所述雙驅動直線進給系統(tǒng)的絲杠電機和螺母電機進行電機輸出轉矩的推導和計算，分析所述電機輸出轉矩的諧波分量；對所述雙驅動直線進給系統(tǒng)進行動力學建模，包括轉動部分和滑動導軌處的摩擦建模；根據所述建立的雙驅動直線進給系統(tǒng)動力學模型，設計所述雙驅動直線進給系統(tǒng)的雙電機控制策略；結合所述電機輸出轉矩的諧波分量、雙電機控制策略進行諧波的差半周期奇數倍控制。

作為進一步的實現(xiàn)方式，所述雙驅動直線進給系統(tǒng)選用的兩個電機的電磁性能參數必須相同，包括定轉子結構、繞組參數等。

作為進一步的實現(xiàn)方式，所述雙驅動直線進給系統(tǒng)絲杠電機和螺母電機的等效轉動慣量必須相等，所述絲杠電機的轉動慣量包括絲杠電機軸、絲杠、絲杠支撐軸承，所述螺母電機的轉動慣量包括螺母電機軸、絲杠螺母、螺母軸承。