注液式高速切削主轴动平衡装置设计及其性能研究

为有效抑制高速切削主轴的不平衡振动,提出了适用于该类主轴的注液式在线动平衡装置,并讨论了该装置的工作原理及平衡终端的结构特性.为了实现喷液量的精密控制,通过控制液压系统喷射管道的直径、液体压力等参数,使平衡液体处于层流运动状态.通过分析平衡终端内、外圈径向位移与转速的关系,验证了该装置在高速旋转下的安全性.在研究该装置的平衡能力及精度的基础上,通过合理设计液体容腔,实现了喷液量与平衡配重间的线性关联.此外,还提出了考虑初次试重预估的迭代矢量反馈平衡控制策略,从而满足了该装置用于高速平衡时的特殊需求.高速主轴动平衡实验的结果表明,在20 700 r/min时,通过平衡操作可使主轴不平衡振动的幅值下降约78.8％,从而验证了该平衡装置及其平衡控制策略的有效性.     

数控机床进给系统模态参数的自激振辨识方法

为实现数控机床模态参数的现场辨识,提出了数控机床进给系统模态参数的快速自激辨识方法。利用G代码小线段编程方法,实现了数控机床进给系统振动的激励,并通过内置传感器信号(光栅、编码器、电流)采集了进给系统的振动信息。采用ARMA模型的响应信号模态参数辨识方法分析内置传感器信息,得到了进给系统轴向和扭转振动的模态参数。试验表明,所提出的模态参数辨识方法可使激振过程更为方便,采用的内置传感器信号减少了对传感器布置的限制,从而提高了现场试验模态的效率,可以比较准确地辨识出进给系统的一阶固有频率。     

机床电主轴热特性卷积建模研究

针对机床电主轴系统温度与热误差普遍存在的非线性等建模难题,提出了一种卷积建模方法。通过传热理论分析与实验数据相结合的方式,对电主轴系统内部测点温度与热源、换热边界条件的复杂关系进行了有效简化,建立了热源温度与测点温度间的微分方程,并给出了响应函数。通过粒子群算法进行响应函数参数的优化,使用热源测点温度变化量与响应函数的卷积积分来估算电主轴系统的各部分温度,并在此基础上,通过卷积参数优化建立了电主轴y方向热误差模型。结果表明,在电主轴系统热特性非线性最严重的运行初始阶段和升降温拐点处,卷积模型比线性模型更能描述电主轴的温度和热变形规律,温度拟合效果在开机初始200 min内最高提升了83.9%,y方向热误差的拟合误差在前100 min由44.07%提高至97.1%。该研究为电主轴和机床温度与热误差建模提供了一种新的有效思路。     

谐波齿轮传动双圆弧齿形双向共轭设计方法

针对目前广泛采用的双圆弧齿形单向共轭设计方法存在的刚轮凸圆弧段共轭齿廓不确定问题,提出了一种基于柔轮和刚轮齿形联合共轭计算的双圆弧齿形双向共轭设计方法。该方法通过预设柔轮凸圆弧参数来进行共轭计算和拟合得到刚轮的双圆弧齿廓;增加了刚轮凸圆弧齿廓反向共轭计算得到柔轮凹圆弧齿廓的计算过程;将柔轮的拟合凹圆弧和预设凸圆弧相结合得到柔轮整体齿形;保证了刚轮凸圆弧段与柔轮两段圆弧均能共轭啮合。双圆弧齿形的啮合侧隙分析与有限元接触分析结果表明:与单向共轭法的设计结果相比,双向共轭法所设计的双圆弧齿形在整个齿廓段都能参与啮合,存在多点啮合现象,具有更大的齿廓接触面积和更小的齿面接触应力,提升了谐波齿轮传动的啮合性能。     

双速制动电机驱动的切纸机进给系统的动力学分析

针对由双速制动电机驱动控制的切纸机定位系统,建立了考虑机械、电机、电器和控制系统等因素的动力学模型,并利用MATLAB平台建立了一套仿真系统;通过实验测量数据与仿真结果的比较,详细地探讨了数控切纸机定位进给系统的动力学过程,对4种不同情况下的定位器位移进行的仿真实验表明：仿真误差不超过0.4mm。这项研究结果为研究与提高该定位系统的定位精度提供了理论依据,由此得到的结论对研究其他以双速制动电机为驱动控制的定位系统也有重要的指导意义。     

伺服系统Hammerstein非线性模型及参数辨识方法研究

在伺服系统建模中,针对线性模型无法表达系统在低速、运动换向条件下摩擦与死区等非线性现象的问题,采用包含静态非线性部分和动态线性系统的Hammerstein模型来代替线性模型对伺服系统进行了描述.根据静态非线性模型逼近伺服系统的非线性特性,非线性模型采用分段非对称多项式基函数来解决摩擦在运动中存在的非对称特性.对于多频率正弦输入信号和伺服系统的速度输出信号,由迭代最小二乘方法来估计模型的参数.通过辨识实验中的线性模型和Hammer-stein模型的输出,说明采用Hammerstein模型方法能有效地对系统非线性部分建模,Hammer-stein模型的输出误差比线性模型的输出误差约减少90%,因此显著地提高了系统的模型精度,实现了对系统非线性动态行为的精确预测.     

双自适应衰减卡尔曼滤波锂电池荷电状态估计

针对卡尔曼滤波法在锂离子电池荷电状态(SOC)估计时存在误差较大、收敛较慢等问题,提出了一种双自适应衰减扩展卡尔曼滤波荷电状态估计(DAFEKF)算法。该算法首先设计了针对动力电池的荷电状态估计观测器,利用测得的电流和电压值分别作为观测器的输入和观测值,结合双自适应衰减扩展卡尔曼滤波估计出观测器中的电池荷电状态,在卡尔曼滤波算法的基础上加入时变衰减因子来减弱过去数据对当前滤波值的影响,并自适应地调整卡尔曼算法中过程噪声和测量噪声协方差。利用DAFEKF算法估计出的SOC结果与扩展卡尔曼滤波(EKF)和自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法进行了比较,结果表明,DAFEKF方法具有较好的准确性、鲁棒性和收敛性,使SOC估计误差控制在2%以内。     

搭接率对激光重熔氧化锆涂层结构及热震性能的影响

针对大面积激光重熔热障涂层后搭接区域结构的变化影响涂层使用寿命这一问题,对氧化锆涂层进行多道次激光重熔,探究了不同搭接率下重熔涂层表面及截面微观组织形貌的变化规律,并在电阻式加热炉中进行了热震实验,温度设定为1 050℃,分析随搭接率变化的涂层结构对热循环寿命的影响规律。通过扫描电镜观察发现:前后两个道次重熔层的裂纹在分界线处相互贯通,随着搭接率的增加,搭接区域的裂纹密度随之减小,而凹坑和微块的数目随之增加;热震实验后,裂纹平均宽度减小至5μm,表面出现大量凹坑,大部分由微块脱落所致;随着搭接率的增加,搭接区域截面纵向裂纹的偏转角先增加后减小,而涂层的热循环寿命先减小后增加;截面纵向裂纹的偏转加速水平裂纹的产生,当搭接率为0.30时,偏转角最小;当涂层脱落面积达到20%及以上、搭接率为0.30时,重熔涂层的热循环寿命最长。     

表面电机水平方向运动的模拟内环模型及控制

表面电机是通过对平台的无摩擦悬浮,实现高速高精度的目的,它是下一代制造业技术的核心。国外对它的研究已经开展了十多年,国内尚无正式的文献报道。本文介绍了表面电机的工作原理并对电磁力进行计算分析。根据力学方程建立了表面电机水平方向运动的模拟内环模型,并对模拟内环反馈控制进行了研究,提出了无加速度感应器的控制方法。仿真结果表明,该模型具有较高的动态性能和稳定性。     

基于数字信号处理器的多轴运动控制器设计

根据开放式运动控制的要求，以数字信号处理器(DSP)为核心，使用大规模在系统可编程(ISP)技术进行逻辑控制，而位置反馈控制采用复杂编程逻辑器件(CPLD)来实现．应用面向对象技术开发控制系统软件，设计了多轴运动控制器，与传统运动控制器相比，它不仅克服了系统结构固定的缺陷，而又缩短了开发周期，提高了系统的集成度．ISP模块的最高频率可达到24MHz，CPLD的最高频率可达20MHz，因此大大提高了运动控制器的执行速度。