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机床动态参数分析与建模方法的研究

作　者: 白熹
导　师: 王昕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 动力学参数分布质量模型进给系统模型在线辨识状态反馈
分类号: TG502.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 132次
引　用: 1次
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内容摘要

随着社会生产节奏的逐步加快,作为提高生产效率的有效手段,高速加工被越来越多地引入各行各业的生产中。然而,对于有着较复杂轮廓的产品,在高速加工的过程中往往由于加工速度的突变而导致机床动力学特性随之改变而最终引起较大加工误差的产生。因此,如何在保证加工速度的同时也保证加工质量就成为日益被关注的问题,尤其在高速高精密加工中,这一问题的解决更为重要。在本文的讨论中,将从机床动力学的角度探讨加工速度及加速度等动力学因素的变动对加工轨迹误差的影响,以最普遍应用的滚珠丝杠进给机构为对象建立动态的机床进给系统动力学模型,并以DSP为开发平台实现动力学模型的在线建立,为以后的误差实时控制方法的研究提供依据。论文主要有以下研究内容,首先着眼于进给系统的机械结合部特性以及丝杠的振动特性进行动力学参数模型的分析、建立和求解;然后对其中时变的无规律参数提出在线的辨识解决方法;而后应用拉格朗日方程对机床进给系统建立动态的状态方程,完成动力学模型。同时,基于前述理论结果应用DSP快速的计算能力实现参数的在线辨识以及动态模型的在线建立,并详细地阐述了模型参数求解的数值方法、参数的辨识方法以及外部信号的采集和整个系统的任务调度方案。随后,通过MATLAB对模型的仿真结果和DSP在线模型建立系统的实验结果进行深入地对比和分析,最终验证这一动力学模型的正确性。最后,基于全状态反馈规律设计了位置控制器,通过仿真实验的分析,加入了控制器的系统可以很好的抑制系统在对输入信号响应时的振动情况,从而证明了控制器的有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9
  1.2 本课题研究的目的及意义  9-11
  1.3 国内外相关技术发展现状  11-15
    1.3.1 机床插补加工误差控制方法  11-12
    1.3.2 机床动力学特性模型的分析方法  12-15
  1.4 本文主要研究内容  15-17
第2章基于分布质量模型的机床动力学特性分析  17-38
  2.1 引言  17
  2.2 基于分布质量模型的进给系统总体分析  17-18
  2.3 进给系统动力学参数分析  18-34
    2.3.1 机械结合部动力学模型分析与建立  18-25
    2.3.2 进给系统外力分析  25-29
    2.3.3 丝杠结构的频率响应和振型函数分析  29-34
  2.4 基于状态方程的进给系统动力学模型  34-37
    2.4.1 方程推导方法选择  34-35
    2.4.2 进给系统的动力学状态方程建立  35-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章基于DSP 平台的系统辨识设计  38-51
  3.1 引言  38
  3.2 基于DSP 的动态动力学参数解析  38-41
  3.3 基于DSP 的动态动力学参数的辨识实现  41-46
    3.3.1 系统实时辨识算法介绍  41-42
    3.3.2 基于最小二乘法的在线辨识器设计  42-43
    3.3.3 基于动力学模型方程的时变参数辨识  43-44
    3.3.4 辨识系统实时输入信号采集和处理  44-46
  3.4 基于嵌入式实时操作系统的多任务管理  46-50
    3.4.1 μc/os Ⅱ实时系统简介  46-47
    3.4.2 基于μc/os Ⅱ系统多任务调度设计与实现  47-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章动力学模型方程的仿真及实验分析  51-64
  4.1 引言  51
  4.2 基于MATLAB 的动力学模型仿真  51-53
  4.3 实验平台及数据采集分析  53-61
    4.3.1 实验平台介绍  53
    4.3.2 实验过程及数据分析  53-59
    4.3.3 实验及仿真结果的对比分析  59-61
  4.4 基于DSP 在线平台的实验及数据分析  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章基于动力学模型的位置控制算法研究  64-75
  5.1 引言  64
  5.2 进给系统的状态空间分析  64-68
    5.2.1 状态空间设计法的优点  64
    5.2.2 状态空间中的系统描述  64-68
  5.3 进给系统的控制系统设计  68-74
    5.3.1 全状态反馈的控制规律设计  68-69
    5.3.2 全阶估计器的设计  69-70
    5.3.3 结合控制规律和估计器的补偿器设计  70-74
  5.4 本章小结  74-75
结论  75-76
附录  76-77
参考文献  77-81
致谢  81

机床动态参数分析与建模方法的研究

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