基于模糊自適應pid控制的龍門移動式鏜銑加工中心同步傳動不一致性研究

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雜的表面進行了加工。龍門移動式鏜銑加工中心克服了龍門固定式鏜銑加工中心機床運動部件重量大,且受工作臺長度以及工作場所的制約等限制,被廣泛地應用重型高速高精度加工中。對于重型高精度的龍門移動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機構(gòu),但由于橫梁、刀架等移動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,使得雙軸間產(chǎn)生所謂的同步誤差,造成機械耦合,從而難以保證兩立柱移動過程的高度一致性。這將導致同步進給精度的降低,使工件加工質(zhì)量受到影響;如果同步誤差過大,甚至會造成工件報廢的嚴重后果,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?，F(xiàn)實的意義。圖1為兩臺直線電機驅(qū)動的龍門移動式鏜銑加工中心示意圖。本文將模糊自適應PID控制方案應用于雙直線電機驅(qū)動的軸間反饋回路,對擾動下速度不同步引起的不平衡扭矩進行補償。仿真研究結(jié)果表明,此種方案的魯棒性和快速性優(yōu)良,適于應用在同步控制中。2q軸動子保護直線永磁同步電機的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—動子電阻ud,uq—d,q軸動子電壓id,iq—d,q軸動子電流v—動子速度Ld,Lq—d,q軸動子電感λd,λq—d,q軸動子磁鏈τ—極距λPM—定子永磁體勵磁磁鏈對LPMSM進行矢量控制,使動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)運動方程Fe=kTiq=FL+FE+Dv+mdvdt(3)Fe=kΤiq=FL+FE+Dv+mdvdt(3)其中FL—負載阻力FE—端部效應產(chǎn)生的等效阻力D—粘滯摩擦系數(shù)m—動子及所帶負載的質(zhì)量3系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點本文采用主從結(jié)構(gòu),僅對主動電機使用位置控制,主動電機的位置控制器輸出當作兩直線電機的速度命令信號驅(qū)動,以實現(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械的安全性。另外,本文中應用的控制結(jié)構(gòu)還有兩個特點:(1)采用模糊自適應PID反饋補償方法來達到同步。由于本文中所述的模糊控制器的模糊推理規(guī)則基于預先設定的規(guī)則表,不需要復雜的算法,因此控制器的運算較快,能夠適應被控對象對快速性的要求。(2)引入速度前饋補償,以提高速度回路的響應進而增強伺服性能,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)以往工程實際操作經(jīng)驗得到的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進行了系統(tǒng)仿真,直線電機參數(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,從動軸突加80N的階躍擾動的情況下,模糊自適應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pid控制本文在分析重型龍門移動式鏜銑加工中心雙直線電機驅(qū)動的兩軸間不同步的主要原因的基礎上,提出了模糊自適應