基于模糊自適應(yīng)pid控制的龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心同步傳動(dòng)不一致性研究

基于模糊自適應(yīng)pid控制的龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心同步傳動(dòng)不一致性研究

1雙軸間同步誤差對加工中心的影響隨著高速高精度噴丸加工技術(shù)的發(fā)展，對大型零件和幾何形狀復(fù)雜的表面進(jìn)行了加工。龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心克服了龍門固定式鏜銑加工中心機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件重量大,且受工作臺長度以及工作場所的制約等限制,被廣泛地應(yīng)用重型高速高精度加工中。對于重型高精度的龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心來說,盡管龍門兩側(cè)立柱采用兩套完全相同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),但由于橫梁、刀架等移動(dòng)部件受力并不總是對稱的,以及加工過程中各種不確定性擾動(dòng),使得雙軸間產(chǎn)生所謂的同步誤差,造成機(jī)械耦合,從而難以保證兩立柱移動(dòng)過程的高度一致性。這將導(dǎo)致同步進(jìn)給精度的降低,使工件加工質(zhì)量受到影響;如果同步誤差過大,甚至?xí)斐晒ぜ?bào)廢的嚴(yán)重后果,對于重型精密加工部件來說這是絕對不允許的。由此可見,本研究具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。圖1為兩臺直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心示意圖。本文將模糊自適應(yīng)PID控制方案應(yīng)用于雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸間反饋回路,對擾動(dòng)下速度不同步引起的不平衡扭矩進(jìn)行補(bǔ)償。仿真研究結(jié)果表明,此種方案的魯棒性和快速性優(yōu)良,適于應(yīng)用在同步控制中。2q軸動(dòng)子保護(hù)直線永磁同步電機(jī)的d-q軸模型電壓方程及磁鏈方程為?????????????uq=Rsiq+λ˙q+πτvλdud=Rsiq+λ˙d?πτvλqλd=Ldid+λPMλq=Lqiq{uq=Rsiq+λ˙q+πτvλdud=Rsiq+λ˙d-πτvλqλd=Ldid+λΡΜλq=Lqiq式中Rs—?jiǎng)幼与娮鑥d,uq—d,q軸動(dòng)子電壓id,iq—d,q軸動(dòng)子電流v—?jiǎng)幼铀俣萀d,Lq—d,q軸動(dòng)子電感λd,λq—d,q軸動(dòng)子磁鏈τ—極距λPM—定子永磁體勵(lì)磁磁鏈對LPMSM進(jìn)行矢量控制,使動(dòng)子電流矢量與定子永磁體磁場在空間正交,即使id=0,則電磁推力Fe只與iq成正比Fe=3π2τλPMiq=kTiq(2)Fe=3π2τλΡΜiq=kΤiq(2)其中kT—推力系數(shù)運(yùn)動(dòng)方程Fe=kTiq=FL+FE+Dv+mdvdt(3)Fe=kΤiq=FL+FE+Dv+mdvdt(3)其中FL—負(fù)載阻力FE—端部效應(yīng)產(chǎn)生的等效阻力D—粘滯摩擦系數(shù)m—?jiǎng)幼蛹八鶐ж?fù)載的質(zhì)量3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本文采用主從結(jié)構(gòu),僅對主動(dòng)電機(jī)使用位置控制,主動(dòng)電機(jī)的位置控制器輸出當(dāng)作兩直線電機(jī)的速度命令信號驅(qū)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)單一自由度的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。此做法將提高控制系統(tǒng)的伺服頻寬及耦合機(jī)械的安全性。另外,本文中應(yīng)用的控制結(jié)構(gòu)還有兩個(gè)特點(diǎn):(1)采用模糊自適應(yīng)PID反饋補(bǔ)償方法來達(dá)到同步。由于本文中所述的模糊控制器的模糊推理規(guī)則基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則表,不需要復(fù)雜的算法,因此控制器的運(yùn)算較快,能夠適應(yīng)被控對象對快速性的要求。(2)引入速度前饋補(bǔ)償,以提高速度回路的響應(yīng)進(jìn)而增強(qiáng)伺服性能,減小伺服落后。3.2pid建模(1)ki和ki本文中所采用的PID參數(shù)自適應(yīng)的模糊控制器為二輸入三輸出形式。|e|和|ec|為輸入,KP、KI和KD為輸出。輸入語言變量|e|和|ec|的論域均為{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},輸出語言變量KP、KI和KD的論域均為{0,1,2,3,4,5,6},其隸屬度函數(shù)分別如圖3和圖4所示。(2)模糊規(guī)則表的構(gòu)建通過總結(jié)以往工程實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)得到的PID參數(shù)調(diào)整原則可以得到輸出變量KP、KI和KD的控制規(guī)則表。如圖5～7所示。4模糊自適應(yīng)pid控制效果本文在空載情況下,采用兩臺參數(shù)完全相同的直線電機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)仿真,直線電機(jī)參數(shù)如下:m=11.0kg,D=1.2Ns/m,KT=25N/A,,Fen=300N,vn=1.0m/s,控制器參數(shù)由仿真確定。圖8為在t=0.1s時(shí),從動(dòng)軸突加80N的階躍擾動(dòng)的情況下,模糊自適應(yīng)PID控制與常規(guī)PID控制速度同步誤差曲線的對比。由此可見本文所提方案響應(yīng)速度快,魯棒性好,位置同步誤差可保證3～5μm的高精度要求。5模糊自適應(yīng)pid控制本文在分析重型龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩軸間不同步的主要原因的基礎(chǔ)上,提出了模糊自適應(yīng)