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开环
伺服系统
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开环伺服系统定位误差分析及补偿装置的设计,开环,伺服系统,定位,误差,分析,补偿,装置,设计
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毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目开环步进伺服系统定位误差分析及补偿装置的设计 学生姓名 杨煜丰 学号 0715014055 所在院(系) 机械工程学院 专业班级 机自072 指导教师 黄崇莉 2011 年 4 月 4 日题 目一、选题的目的及研究意义(1)选题目的数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。 （2）研究意义定位误差是指一批工件的工序基准在加工要求方向上位置的最大变动量。由此可知，如果在加工方向X上可以找出工件工序基准的最大极限位置X的最大值和最小极限位置X的最小值，就能更好的掌握定位误差。 伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。开环伺服系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。但由于无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。这类系统一般以功率步进电机作为伺服驱动元件，具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度这类伺服系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。所以要进行位置补偿装置的设计。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等（1）研究现状步进电机由于控制简单，易于和微机连接，其结构简单，工作稳定，但开环伺服系统运行精度差。随着计算机控制系统和控制理论的发展以及微型计算机的发展，将新的校正控制理论应用与开环伺服系统，使伺服系统的运行精度大大提高（2）发展趋势在一些精度要求不像闭环系统要求高的科研方向上。（3）研究方法 但其中模糊控制规则等是建立在对误差规律的先验知识及经验的基础上，难免具有片面性和局限性，影响控制效果，其次目标函数的建立及其自寻优方法的实现都需要较复杂的计算。目前较常用的软件补偿方法是插值法，在数控机床某一轴的滚珠丝杠的整个行程范围内，用数控指令使工作台在一些位置点作为指令位置，用高精度的位置测量系统测出这些位置点的实际位置，将这些实际位置与指令位置相比较，计算出滚珠丝杠在全行程上的误差分布曲线，将误差数表格的形式输入至数控装置中。此后，数控装置在控制该轴运动时，通过编制的程序，将自动考虑该误差值并加以补偿。该方法能在生产实际中有效的提高数控机床的定位精度。基于我们的X-Y工作台的具体情况，我们决定采用和插值法原理比较相近的前馈补偿控制方法来补偿螺距误差。（4）应用领域有很广泛的应用领域。例如：电缆的生产，钢丝的拉制，纺织印染，印刷，造纸，涂布等用到的是开环交流矢量变频恒张力控制系统；纺织机械、机床等用到的是科比开环矢量控制变频器。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲 在半闭环系统中，定位精度在很大程度上受滚珠丝杠精度的影响，即使采用高精度的滚珠丝杠，制造误差也总是存在的。另外，机床长时间使用后，由于磨损等原因，螺距误差会进一步加大。要想提高机床的定位精度，必须对螺距误差进行补偿。如何采用有效的补偿控制方法历来是精密加工中的一个重要的研究课题。过去，在开环数控系统中，经常采用硬件方法对丝枉螺距误差进行补偿，即采用机械方法测出数控机床某一轴滚珠丝杠在全行程的误差分布曲线，在丝杠的螺距累积误差值达到一个脉冲当量处位置点安装一个挡块。当机床工作台移动时，安装在机床上的微动开关每与挡块接触一次，就发出一个误差补偿信号，通过控制电路指示步进电机少走或多走一步。这种断续的脉冲补偿方法给数控机床的工作台增加了一些机械构件和电路。并且这种补偿方法比较适用于采用脉冲增量插补方法、步进电机驱动的开环数控系统。而对于采用数据采样插补方法、直流或交流伺服电机驱动的半闭环数控机床，则不适用。因此，目前大多数数控机床补偿滚珠丝杠的螺距误差时均采用软件的方法。在软件补偿控制方法中，较早采用的时间序列预报补偿方法虽然能对误差进行建模并预报，然而由于建模时间长而影响补偿精度。但其中模糊控制规则等是建立在对误差规律的先验知识及经验的基础上，难免具有片面性和局限性，影响控制效果，其次目标函数的建立及其自寻优方法的实现都需要较复杂的计算。目前较常用的软件补偿方法是插值法，在数控机床某一轴的滚珠丝杠的整个行程范围内，用数控指令使工作台在一些位置点作为指令位置，用高精度的位置测量系统测出这些位置点的实际位置，将这些实际位置与指令位置相比较，计算出滚珠丝杠在全行程上的误差分布曲线，将误差数表格的形式输入至数控装置中。此后，数控装置在控制该轴运动时，通过编制的程序，将自动考虑该误差值并加以补偿。该方法能在生产实际中有效的提高数控机床的定位精度。基于我们的X-Y工作台的具体情况，我们决定采用和插值法原理比较相近的前馈补偿控制方法来补偿螺距误差。 四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明（1） 金钰 等编著 伺服系统设计指导 北京理工大学出版社 2002-06-01 （2）Kazemian H B. Development of fuzzy PID controllers J. Expert Systems，2005，22(5)：254-264. （3） Jiang S，Xu Y S，Wu J. Neuron optimization based PID approach for cutting force control J. Key Engineering Materials，（4） 杨友东，黄兴城，姜献峰. 多模 PID 数字控制低速随动系统J. 机电工程技术，2004，33(1)：13-15.（5） 钱翔宇，尹义林. 智能 PID 控制器在光电经纬仪系统中的应用研究J. 光电工程，2000，27(1)：25-28.（6） 徐开，陈长青. 光电跟踪伺服系统中模糊控制器的设计与仿真J. 微计算机信息，2006(28)：102-104.（7）龚菲，王永骥. 基于神经网络的 PID 参数自整定与实时控制J. 华中科技大学学报，2002，30(10)：69-71. （8） 毕成龙，姜宏滨，卞洪林.光电跟踪最优控制的简化设计J. 舰船科学技术，2002，24(5)：40-42.（9） 胡寿松. 自动控制原理M. 北京：国防工业出版社，1997. （10）秦忆. 现代交流伺服系统 M . 武汉: 华中理工大学出版社, 1995.（11）赵希梅, 郭庆鼎, 孙宜标. 基于数字前置滤波器优化的ZPETC 在伺服跟踪控制中的应用 J . 电工技术学报, 2005, 20 (5) : 30234.（12）Tom izuka M . Ze ro p ha se e r ro r t rack ing a lgo r ithmfo r d ig ita l con t ro l J . A SM E , J D ynam Sy st M ea sCon t ro l, 1987, 109 (3) : 65268.（13）管成, 朱善安. 电液伺服系统的积分滑模自适应控制J . 电工技术学报, 2005, 20 (4) : 52257.（14）李国民, 曹东. 提高电机位置伺服系统鲁棒性能的最优 模糊模型跟踪控J . 电工技术学报, 2003, 18(1) : 43247.（15）胡庆波, 吕征宇. 全数字伺服系统中位置前馈控制器的设计 J . 电气传动, 2005, 35 (5) : 24227.（16）王宏, 于泳, 徐殿国. 永磁同步电动机位置伺服系统J . 中国电机学报2004, 24 (7) : 1512155.（17）程国扬, 金文光. 硬盘磁头快速精确定位伺服控制系统的设计 J . 中国电机工程学报, 2006, 26 (12) : 1392五、毕业论文（设计）进程安排1、调研阶段3周（第3周第5周）了解题目，明确任务，收集资料，了解课题目前国内外状况、发展前景、一般解决问题的方法，完成开题报告和英文资料翻译。2、总体设计阶段4周（第6周第9周）提出2种以上设计方案，分析各种方案优缺点，确定设计方案，完
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