數(shù)控激光切割機床總體和垂直進給系統(tǒng)設(shè)計【說明書+CAD】,說明書+CAD,數(shù)控激光切割機床總體和垂直進給系統(tǒng)設(shè)計【說明書+CAD】,數(shù)控,激光,切割,機床,總體,垂直,進給,系統(tǒng),設(shè)計,說明書,CAD 激光切割機的傳動控制可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 內(nèi)容摘要﹕ 一種先進的位置跟蹤控制算法已經(jīng)研制出來了，并將其應(yīng)用在激光切割機的數(shù)控運動控制器上。激光切割機的驅(qū)動機構(gòu)是由帶傳動機構(gòu)組成的。彈性伺服機構(gòu)可以看成是一個彈簧連接的雙量機構(gòu)。由于存在彈力,摩擦力和干擾,利用可行的傳統(tǒng)的控制方法得到的閉環(huán)回路是有限的。因此, 利用可變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制理論推導(dǎo)出運動控制算法。算例分析表明文中有效控制抑制機械振動和保證系統(tǒng)補償?shù)牟淮_定性。因此,確保準(zhǔn)確的位置跟蹤。 1簡介： 對許多工業(yè)驅(qū)動器，運動控制的性能具有非常重要性。最高的利益是快速動態(tài)行為與準(zhǔn)確軌跡跟蹤。如應(yīng)用在機床必須滿足這些高的要求。激光切割機也是，它要求快速運動快速且高準(zhǔn)確度。這篇論文講述了激光切割機的一種低成本的建立在有兩個自由度的二維笛卡爾表基礎(chǔ)上的運動控制算法(圖1)。激光切割機的驅(qū)動機構(gòu)由有一個正時帶的帶傳動組成的。驅(qū)動系統(tǒng)中的正時帶具有吸引力是因為它具有高速度、高效、遠距離行進和低成本特性(霍斯,1996) 。另一方面,他們產(chǎn)生較多的不確定的動態(tài)和更高的傳動誤差。因此,傳動帶遭受較低的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。此外,帶傳動動力學(xué)包括很多諧振頻率，即反饋控制中的不穩(wěn)定因素。因此,傳統(tǒng)的控制方法像比例積分控制、比例微分控制或比例積分微分控制未達到可接受的性能。設(shè)備參數(shù)的變化、不確定的動態(tài)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的干擾,以及機械振動是必能保證系統(tǒng)的強穩(wěn)定性和系統(tǒng)的高性能的因素。在這片論文中講述了一種先進的穩(wěn)定的運動控制方案,內(nèi)容涉及到正時帶驅(qū)動的運動控制?？刂品桨甘窃谶\動控制算法的基礎(chǔ)上由詰責(zé)尼克、科克和哈尼克1994年研制出的。用變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(VSS)理論使其得到了強健的抵御與一個名義上的對象模型有關(guān)的干擾的性能。漸近線的擾動的估算是控制方案的關(guān)鍵的部分。 然而,就像文章指出, 因為是為剛性機器人機制而研制的故不是穩(wěn)定諧振帶動力學(xué)。因此,介紹了一種改進后的會出現(xiàn)非剛性、彈性傳動的振動運動控制方案。因此,保證其低位置跟蹤誤差的快速反應(yīng)。 本文陳述如下。激光切割機的陳述和控制系統(tǒng)模型機械傳動在文章的第二節(jié)。在第三節(jié),對于關(guān)于系統(tǒng)彈性伺服機構(gòu) 可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制進行了深入探討,并對運動的起源控制方案進行了闡述。第四節(jié)是實驗結(jié)果和后續(xù)討論。摘要在第五部分總結(jié)和歸納了。 2.模型控制 2.1 .機床的描述 激光切割機包括XY工作臺和激光系統(tǒng)（如圖1）。激光系統(tǒng)的基本組成﹕ ●因此沒有考慮運動控制設(shè)計所以電源設(shè)備被放置在后臺﹔ ●激光束來源即產(chǎn)生激光束(激光器) ﹔ ●激光頭即引導(dǎo)激光到理想的剖切面。 必須移坐標(biāo)軸且與放置激光頭在水平面里。采用兩個獨立的運動軸的驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)這樣的水平面。他們提供沿卡迪爾XY軸和Z軸移動。X軸傳動使激光頭沿X軸方向的運動。 驅(qū)動機構(gòu)﹑激光頭以及激光器放置在橋接器上,以確保激光束有一條高品質(zhì)的光路徑。Y軸運動是由Y傳動提供的。激光頭代表X驅(qū)動的負(fù)荷, 它負(fù)載了全部X驅(qū)動系統(tǒng)，包括激光頭和激光器，而Y驅(qū)動由電機來負(fù)載。 這些負(fù)載在無阻力的滑動面滑過。 定位系統(tǒng)由運動控制器,放大器,直流電機與驅(qū)動系統(tǒng)。X驅(qū)動機構(gòu)是由一變速箱以及帶傳動(圖2)。 當(dāng)帶傳動由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為線性運動變速箱降低了電機的轉(zhuǎn)速。帶傳動由正時帶和兩個滑輪組成﹕讓皮帶運動的主動輪和從動輪。Y驅(qū)動機構(gòu)更為復(fù)雜。沉重的橋接器由兩條平行傳動帶驅(qū)動;每個橋面都連接到其中一個傳動帶上。傳動機構(gòu)通過減少馬達的速度的傳動帶驅(qū)動和變速箱來帶動的主動輪與傳動系聯(lián)系。 2 .2 假設(shè) 這臺機器驅(qū)動代表一個復(fù)雜的非線性分布參數(shù)系統(tǒng)。高階系統(tǒng)擁有多項的能被驅(qū)動器的階躍響應(yīng)觀測到的共振頻率(見第4部分)。根據(jù)控制設(shè)計觀點,困難產(chǎn)生于在所要控制帶寬(~ 10赫茲)出現(xiàn)的機械振動。另一方面,設(shè)計目的是得到一個高性能控制系統(tǒng)的同時降低控制器復(fù)雜性。因此,一個簡單的數(shù)學(xué)模型將只考慮它的一階共振,而忽視了高階動態(tài)。換句話說,控制設(shè)備的設(shè)計模型將密切配合真正系統(tǒng)頻率響應(yīng)直到第一階共振。其次,控制器設(shè)計應(yīng)充分地應(yīng)對多諧振峰值的大幅下降直到保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性的情況下的高階共振。因此,根據(jù)信號分析與驅(qū)動裝置的特點,假設(shè)可制定為如下: ●在電流控制方式里直流伺服系統(tǒng)的運作確保在電機軸上有一個忽略的時間常數(shù)的高動態(tài)扭矩。 ●變速箱里的小間隙和取決于應(yīng)用拉伸的正時帶的帶傳動機構(gòu)的間隙是可以忽略不計的。 ●電機軸和傳動機構(gòu)中的主動輪的剛性關(guān)聯(lián)是可采用的。 ●相對其他傳動系統(tǒng)中的部件從動帶輪的慣性是可以忽略不計的。 用以上假設(shè),動態(tài)模型將縮減至一個有兩個傳動輪的只包含一階共振的傳動機構(gòu)。在控制設(shè)計,由于傳動機構(gòu)的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性都比較低，負(fù)載的不確定的位置必須加以考量。 沒有注意到的耦合的動力學(xué)Y軸傳動由于平行傳動,因此,雙履帶傳動可看成同級別的單履帶傳動。 3.運動控制算法 由于錯誤的不確定的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的的控制模型的要求,提出了一種魯棒控制律。傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)保證了不確定模型系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性,即它已被證明在傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)理論,就是閉合回路決定于移動方式的選擇。傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的目標(biāo)控制設(shè)計是找到一個控制輸入,這樣的運動系統(tǒng)的狀態(tài)僅局限于滑動方式。如果系統(tǒng)的狀態(tài)是局限于滑動方式然后一移動的模型的出現(xiàn)。傳統(tǒng)的方法利用不連續(xù)的切換控制保證了滑動運動在滑模面里?；Ｃ媸怯刹皇芟到y(tǒng)中的不確定性影響的降階系統(tǒng)控制的。因此,滑模面不受擾動和參數(shù)變化的影響(Utkin,1992年)。 傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制的主要部分是它的不連續(xù)控制作用?？刂齐姍C驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換裝置是正常的。在這種情況下,傳統(tǒng)的連續(xù)時間/不連續(xù)傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制方法可以得到了成功的應(yīng)用。然而,在很多不連續(xù)傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的控制應(yīng)用程序都失敗了還發(fā)生震動。振動在力學(xué)系統(tǒng)里是一個不良的現(xiàn)象，因為所要求的操作不能實現(xiàn)，更糟糕的是伺服系統(tǒng)的機械零件都有可能被弄毀。震動的主要原因是忽略高階控制裝置動力學(xué)、氣動執(zhí)行機構(gòu)動力學(xué)、傳感器噪聲,還有在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)里的計算機離散時間的實施。因為傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制的主要目的就是抵制干擾及系統(tǒng)的未知干擾參數(shù)，如果擾動具有足夠的補償就有必要使不連續(xù)的反饋控制消失,例如通過使用干擾估計。詰責(zé)尼克已經(jīng)開發(fā)了一種實現(xiàn)機械剛性原理通過結(jié)合常規(guī)傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制理論及干擾估計的方法的控制算法。然而,忽視了分散或者集中應(yīng)力的存在的剛體假設(shè)會使轉(zhuǎn)換裝置的控制輸入頻率引起與忽略的模型共振。此外,在離散系統(tǒng)里的不連續(xù)控制不能保證滑模面,取而代之的是采用連續(xù)控制。為避免與為建模動力學(xué)和震動有關(guān)的不連續(xù)反饋控制相關(guān)的問題不再是至關(guān)重要的。震動是一個不重要的問題。 設(shè)備里控制執(zhí)行機構(gòu)的裝置，它有兩種可能的有限的帶寬:執(zhí)行機構(gòu)帶寬超出所要求的閉合回路的帶寬,或者,想要的閉合回路帶寬超出了執(zhí)行機構(gòu)的帶寬。在第一種情況里,制動器動力學(xué)將會被認(rèn)為是非模型動力學(xué)。因此,該滑?？刂撇捎貌贿B續(xù)傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制不能實行,因為控制設(shè)備輸入是連續(xù)的。因此,干擾估計方法者優(yōu)先考慮,而不是傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制抑制擾動。在第二種情況下,驅(qū)動器動力學(xué)是與設(shè)備合并在一起的。在滑膜里與抑制擾動和靈敏度的參數(shù)的變化相一致的情況是違反的。因為裝置具有的主導(dǎo)動力學(xué)之間插入物理輸入和控制器的輸出。當(dāng)為抵消的干擾存在于傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不能保證不變滑模面。這一限制可以輕松通過引入高階滑?？刂凭褪嵌喾N滑模的選擇,以便相關(guān)的傳遞函數(shù)有一個相對階數(shù)大于一。這樣的一種控制方案已被用于很多最近發(fā)展起來的傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制設(shè)計里，如在巴圖里尼、費拉拉和埃塞里。后來,二階滑?？刂票徽{(diào)用來創(chuàng)建一個動態(tài)控制器通過在一種派生的控制輸入上短暫的不連續(xù)控制作用消除了抖振問題。 該系統(tǒng)將被給定的方程式控制。圖(1)-(5)和系統(tǒng)輸出是負(fù)載的位置。控制目標(biāo)是位置的軌跡跟蹤。本文提出控制算法根據(jù)詰責(zé)尼克提出的傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制運動控制理論被發(fā)現(xiàn)了。因為彈性傳動機構(gòu)和制動器的帶寬很相像所以傳統(tǒng)的傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制算法未能實現(xiàn)規(guī)定的控制目標(biāo)。因此,本文中所出現(xiàn)的系統(tǒng)的魯棒軌跡跟蹤控制算法已經(jīng)派生的用到在二階滑?？刂评?。為了消除抖振問題和保存的魯棒性,控制算法采用連續(xù)控制方法。根據(jù)傳動控制變可變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制干擾的估計方法,將會發(fā)現(xiàn)所提出的運動控制計算的干擾估計特性與詰責(zé)尼克的控制算法相似。此外,所提出的控制算法考慮了執(zhí)行機構(gòu)的動力,以期重塑這些低度阻尼致動器的帶寬。因此,本文提出的運動控制器由一種在外回路的魯棒位置追蹤控制器和在內(nèi)回路的振動控制器組成。