基于LQR的球杆系统最优控制器设计

针对球杆系统的非线性和不稳定性运用最优二次型理论进行控制律的研究,选取小球位置、速度和横杆角度、角速度四个变量为状态变量,输出变量为小球的位置和横杆的角度,建立状态空间方程并进行线性化后设计了基于LQR的球杆系统控制律,设计过程简单,控制律的实现容易,仿真结果表明了最优二次型调节器的鲁棒性和稳定性。     

基于结合部刚度特性的滚珠丝杠副动态性能研究

本文以某型号滚珠丝杠副为研究对象,通过合理简化模型,在充分考虑结合部对动态性能的影响情况下,准确地建立了滚珠丝杠副有限元模型,对滚珠丝杠副进行了模态分析,并研究了结合部刚度变化及螺母在丝杠上的位置对滚珠丝杠副固有频率的影响。结果表明:滚珠丝杠副的第一阶临界转速高于其最高转速,在其工作转速内不会发生共振;结合部采用弹性处理时更接近滚珠丝杠副的实际情况;随着螺母在丝杠上的往复运动,滚珠丝杠副的各阶固有频率呈现出不同的变化趋势;轴承结合部的刚度变化对滚珠丝杠副的固有频率有着重要的影响,在低刚度区域表现的非常明显;丝杠螺母结合部的刚度变化对固有频率也产生影响,但影响并不显著。     

球杆系统的滑模变结构控制

球杆系统是典型的非线性和不稳定性系统,为了提高球杆控制系统的动态性能和干扰抑制特性,本文提出了滑模变结构控制方法。首先建立球杆系统的数学模型,并对非线性模型进行线性化处理。其次针对简化的球杆模型,设计了基于指数趋近律的滑模控制器。仿真和实验结果证明该方法能使小球较快的到达设定位置,同时具有较强的抗干扰能力。     

考虑非线性弹性力的滚珠丝杠系统分岔与混沌特性分析

应用弹性力学位移法及Galerkin法建立了数控机床进给系统滚珠丝杠的数学模型,指出非线性弹性力作用下的滚珠丝杠系统可以用有阻尼的Duffing方程来描述,并用林滋-庞加莱奇异摄动法求得系统的自由振动二次近似解析解.通过参数辨识仿真及试验研究对模型进行验证,发现在进给系统运动过程中,受轴向力、径向力、扭矩等多种载荷作用的影响,滚珠丝杠系统会发生非线性振动,出现分岔及混沌现象,系统刚度随工作台位置的不同而变化,呈现出非线性规律,使运行中的系统固有频率不稳定.根据工作台振动加速度时间序列和频谱图存在的混沌特征,断定进给系统是一个非线性动力学系统,可为数控机床的动态系统辨识提供依据.     

精密丝杠副中滚珠冲击及其影响因素研究

以预紧力引起的弹性变形和丝杠运动时滚珠的动能推导滚珠碰撞能量公式,提出以滚珠能量进行丝杠滚珠的冲击分析,研究了滚珠丝杠副滚珠冲击参数及影响因素．实验测试表明：丝杠低速时,滚珠的弹性势能对冲击响应起主要作用,滚珠的加速度冲击响应与丝杠转速成相反趋势,预紧力的大小对丝杠的冲击响应有较大影响．     

基于球杆仪的三轴数控机床热误差检测方法

热误差是影响机床加工精度的主要误差项．为了快速检测机床自身热误差，在研究机床综合误差和球杆仪检测原理的基础上，提出了一种快速有效的检测方法——球杆仪法．通过建立三轴数控机床的几何误差和热误差的综合误差模型，提出机床的几何误差和热误差的检测及分离方法，并对影响加工精度较大的主轴与Z导轨的平行度误差、标尺热变形导致的比例误差以及滚珠丝杠变形导致的周期性误差等主要热误差项进行了球杆仪圆轨迹测试法的模拟仿真，通过进行球杆仪检测实验，测得机床空载时的主轴端热漂移误差，得到其变化规律曲线．相对于传统热误差检测法，该方法简捷有效．     

基于MATLAB的滚珠丝杠动力学建模与仿真分析

文章以定梁龙门加工中心工作台的滚珠丝杠为研究对象,建立了滚珠丝杠运动的动力学模型;运用MATLAB软件对工作台的进给系统进行动力学仿真分析,得到了反映滚珠丝杠动力学特性的仿真曲线,为提高滚珠丝杠的传动精度和延长使用寿命提供一些理论依据。     

精密滚珠丝杠螺母副热平衡-温升特性仿真研究

滚珠丝杠单元热特性仿真建模是精密机床直线进给系统热平衡优化设计与热误差抑制方法的基础.目前的建模方法中,对于滚珠螺母副的相对运动环节多采取不同程度的简化措施,这是造成现有模型仿真精确性欠佳的关键原因.本文在充分考虑丝杠螺母副相对移动效果的基础上,构建出一种精密滚珠丝杠单元瞬态热平衡-温升特性有限元仿真模型.首先,利用APDL定义了滚珠螺母与丝杠的位移-时间关系,从而在瞬态仿真建模中实现了滚珠螺母-丝杠结构的往复线性相对运动效果;其次,综合考虑了滚珠螺母-丝杠摩擦生热、滚珠-螺母与滚珠-丝杠间接触热阻及中空循环液-丝杠螺母副的流-固耦合换热效应等因素,构建起精密滚珠丝杠螺母副的热平衡-温升特性仿真模型;基于该模型重点研究了精密滚珠丝杠单元在不同循环换热条件下循环冷却液换热功率与丝杠螺母副生热功率的平衡匹配特性,及其对滚珠丝杠螺母副温升特性的影响.最终,通过对比试验验证了该仿真建模方法的准确性.研究结果表明:循环冷却液换热量不仅来源于螺母副生热,也来源于丝杠其他结构;只有当循环液换热功率增大至螺母副生热功率的1.5倍左右时,螺母副生热才可能被冷却液完全吸收,其温度值开始低于环境温度.该结论可以为滚珠丝杠单元的热平衡优化设计提供理论依据.     

球杆系统的控制方法研究

球杆系统是一个典型的非线性不稳定系统,其中小球在导轨上滚动过程的动态描述十分复杂．通过建立球杆系统的数学模型,简化后得到了整个球杆系统的传递函数．根据传递函数设计模糊自适应PID控制器,在Matlab中的Simulink环境下进行仿真试验来验证控制器设计效果．通过仿真可以看出：模糊自适应PID控制更适于球杆系统的控制．     

基于流形距离的滚珠丝杠副性能评估

滚珠丝杠副的正常运行对于保持数控机床稳定性和加工性能具有重要意义。因此，滚珠丝杠副的性能衰退过程评估在健康管理工作中显得尤为必要。考虑到滚珠丝杠副运动的往复性，振动信号的非平稳性和非线性，常规特征提取方法难以直接提取其准确特征。研究了利用数据分段，模糊熵、典型时域特征流形距离进行滚珠丝杠副健康评估的方法。首先，针对原始振动信号进行数据分段处理，区分出滚珠丝杠副滑块正反向运行数据。其次，对分段后同一方向数据提取原始信号的模糊熵和典型时域特征进行多特征融合，构建特征空间。然后，将提取特征归一化计算正常数据与样本数据的流形距离。最后，将流形距离转换成置信值，从而得到滚珠丝杠副的健康程度。试验结果表明，所采用评估方法能够有效评估滚珠丝杠副的性能，为其视情维修提供依据。     

滚珠丝杠传动系统的刚度模型

传动链刚度是机床中滚珠丝杠驱动进给系统建模和辨识的关键。该文基于静力学平衡方程和变形协调条件,建立了新的丝杠传动链静刚度模型;结合丝杠两端边界条件,求解其集中载荷过程激励的二阶波动方程频域Fourier变换,建立了分离参数动刚度模型,统一了2种模型。静刚度模型、动刚度模型低频特性与静刚度模型的一致性、动刚度模型的高频特...     

2(3PUS+S)型并联机构驱动部件振动响应特性分析

本文以一种2(3PUS+S)并联机构模拟人工髋关节摩擦磨损试验为背景,针对目前机构驱动部件振动响应特性分析需要大量理论公式推导的问题,提出了一种驱动部件振动响应特性分析的方法。该方法主要以软件操作为主,简单易懂、测试精度高。本文抓住驱动部件的主体部分——滚珠丝杠副,使用SolidWorks对滚珠丝杠副进行三维建模,将模型导入Adams软件中,进行动力学分析,得到单个滚珠的撞击力曲线图;然后利用Workbench进行模态分析得到系统的固有频率和振型;最后,基于瞬态动力学理论,利用Workbench软件结合滚珠和滚道的撞击力以及系统的固有频率和振型,进行振动响应分析,得到了螺母的加速度振动响应曲线,结果表明：螺母加速度振动响应的振幅和测点位置有关。通过振动响应的分析,可以验证设备可靠性,也为以后的结构参数优化设计提供理论依据。     

设计滚珠丝杠选用课件促进学生学习兴趣

数控机床广泛采用的滚逐丝杠螺母副是将机械传动的滑动摩擦替换为滚动摩擦,使传动效率高达85％～98％,是普通滑动丝杠的2～4倍,采用它是提高进给系统灵敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一,该文就制作的滚逐兰杠自动设计系统课件进行阐述,该课件对学生认识滚珠丝杠及合理使用提供了很好的认识手段,已获得了较好的反响.     

电机驱动系统PWM逆变器故障诊断

电机变频调速系统中,逆变器是故障高发的薄弱环节。设计一种基于小波包分解和RBF神经网络的三相电机驱动系统PWM逆变器故障诊断模型,利用小波包变换提取三相PWM逆变器故障信号特征向量,并将其作为RBF神经网络的输入量;采用狼群—模拟退火算法优化RBF神经网络的结构和参数,利用32组学习样本和6组测试样本分别训练和检验RBF神经网络。仿真实验分析表明,该方法用于三相电机驱动系统PWM逆变器开路故障的诊断,速度快、准确率高。     

数控机床进给系统热源发热率辨识与热误差预测

数控机床进给系统具有热源多且各热源发热率时变性强的特点.但以往研究对各热源发热率的时变性关注较小,因此很难实现丝杠温升和热误差的精确预测.本文将Monte Carlo(MC)模拟集成FEM方法捕获到进给系统各热源的发热率,进而确定了各热源发热率占系统总发热率的比例——分配比随系统运行时间的变化规律.然后,基于进给系统各热源的发热率分配比,提出利用进给系统伺服电机的力矩电流计算各热源发热率的方法.最后,基于一维热传导方程的有限差分法,提出了丝杠温升和热误差的数值预测模型,并利用试验验证了模型预测的精确性.     

基于根轨迹控制的球杆系统

通过建立球杆系统机械模型、角度模型和电机模型,得到球杆系统的数学模型,设计根轨迹控制器,通过在线整定控制器参数,提高球杆系统的控制性能.仿真实验结果证明根轨迹控制效果良好,适应能力较强,具有算法简单、参数整定容易等优点.     

基于根轨迹控制的球杆系统

通过建立球杆系统机械模型、角度模型和电机模型,得到球杆系统的数学模型,设计根轨迹控制器,通过在线整定控制器参数,提高球杆系统的控制性能.仿真实验结果证明根轨迹控制效果良好,适应能力较强,具有算法简单、参数整定容易等优点.     

基于Ziegler-Nichols方法PID控制器的球杆系统

通过建立球杆系统机械模型、角度模型和电机模型,得到这个球杆系统的数学模型,设计PID控制器,通过在线整定控制器参数,提高球杆系统的控制性能.仿真实验结果证明:PID控制效果良好,适应能力较强,具有算法简单、参数整定容易等优点.     

弹性支承条件下传动丝杠的横向振动分析

考虑轴承的支承刚度以及工作台与丝杠之间的接触刚度,将丝杠处理为两端和中间均受弹性支承的旋转的Timoshenko梁系统。考虑了剪切变形、转动惯量、陀螺效应以及预拉伸力对丝杠横向振动的影响,利用边界条件和连续条件建立了丝杠横向振动的频率方程,求解了振型函数,分析了传动系统工作过程中丝杠横向振动频率的变化,以及支承刚度、旋...