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非最小相位法向电磁应力驱动快速刀具伺服系统轨迹跟踪控制
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作者 沈东冉 朱紫辉 +2 位作者 黄鹏 朱利民 朱志伟 《南京理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期415-421,468,共8页
基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是复杂光学表面超精密制造的一种高效手段。为进一步提高具有非最小相位特征的电磁法应力驱动FTS的控制性能,将系统逆动力学补偿嵌入主控制回路中以改善被控对象动力学特征。对改善后的被控系统以比... 基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是复杂光学表面超精密制造的一种高效手段。为进一步提高具有非最小相位特征的电磁法应力驱动FTS的控制性能,将系统逆动力学补偿嵌入主控制回路中以改善被控对象动力学特征。对改善后的被控系统以比例微分积分(PID)和前馈补偿作为主控制器,并以基于内模原理的并联谐振控制器实现周期性轨迹的超高精度跟踪。考虑系统非最小相位特征,结合因子分解和镜像极点配置方法获得了系统稳定逆动力学模型。实验测试结果表明:该文所设计的控制方法,获得了1070 Hz(-3 dB)闭环带宽;100 Hz正弦轨迹实际跟踪误差小于±0.375%,并可对5 nm台阶轨迹进行稳定闭环跟踪,证明所设计的FTS控制系统可有效实现nm精度切削。 展开更多
关键词 快速刀具伺服 法向电磁应力驱动 非最小相位系统 逆动力学补偿 谐振控制
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自抗扰控制在快刀伺服系统控制中的应用 被引量:2
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作者 李捷 陈新 陈新度 《机床与液压》 北大核心 2015年第8期124-127,共4页
为了提高微结构自由曲面光学元件超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,引入自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架进行建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型。根据低阶自抗扰控制器控制高阶系统的理论,设计出二阶... 为了提高微结构自由曲面光学元件超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,引入自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架进行建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型。根据低阶自抗扰控制器控制高阶系统的理论,设计出二阶三维扩张状态观测器,可对来自各种干扰源未知扰动的观测结果做出实时估计和补偿。设计出自抗扰控制器,并给出了参数整定的规则。数字仿真实验表明:自抗扰控制器具有良好的控制品质,应用在快刀伺服系统中可以提高控制系统的跟踪性能和抗干扰性。 展开更多
关键词 微结构自由曲面 超精密加工 自抗扰控制 快刀伺服系统
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UMAC时基控制原理及其在非轴对称微结构表面切削中的应用 被引量:2
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作者 王晓慧 孙涛 《机床与液压》 北大核心 2012年第1期23-25,共3页
针对非轴对称微结构表面加工的实时性要求,采用压电陶瓷驱动的快速伺服刀架(FTS)作为微进给机构,实现刀具沿z向高频响、短行程的快速精密进刀运动,并构建了基于UMAC多轴运动控制器的微结构车削数控系统。应用UMAC的时基控制功能实现快... 针对非轴对称微结构表面加工的实时性要求,采用压电陶瓷驱动的快速伺服刀架(FTS)作为微进给机构,实现刀具沿z向高频响、短行程的快速精密进刀运动,并构建了基于UMAC多轴运动控制器的微结构车削数控系统。应用UMAC的时基控制功能实现快速伺服刀架(FTS)进给与主轴转角θ的同步,来完成非轴对称微结构表面的加工。 展开更多
关键词 非轴对称微结构表面 快速伺服刀架 UMAC 时基控制
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基于干扰观测器的快速刀具直线伺服系统的增量滑模控制 被引量:1
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作者 周磊 许艺严 +2 位作者 刘新成 万其 林健 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2021年第11期79-83,共5页
针对快速刀具直线伺服系统在实际加工过程中存在参数变化、摩擦力、切削力等不确定性干扰,为提高系统在周期性输入信号作用下的跟踪精度,提出一种基于干扰观测器的增量滑模控制方法。设计干扰观测器对不确定性干扰进行有效估计和抑制,... 针对快速刀具直线伺服系统在实际加工过程中存在参数变化、摩擦力、切削力等不确定性干扰,为提高系统在周期性输入信号作用下的跟踪精度,提出一种基于干扰观测器的增量滑模控制方法。设计干扰观测器对不确定性干扰进行有效估计和抑制,在增量滑模控制中通过将上一时刻控制量叠加到当前控制量中实现增量式控制,从而较好地降低抖振。仿真结果表明:与传统滑模控制方法相比,采用基于干扰观测器的增量滑模控制方法有效解决了快速刀具直线伺服系统在周期性干扰作用下的跟踪问题,提高了系统的跟踪精度和抗干扰性能。 展开更多
关键词 快速刀具直线伺服系统 干扰观测器 增量滑模控制 跟踪精度 抗干扰性能
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基于自抗扰的快速刀具伺服系统复合控制 被引量:5
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作者 刘文韬 熊伟丽 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期39-47,共9页
快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统是实现微机械零件加工的关键部件。以压电陶瓷型FTS系统为研究对象,将迟滞状态时滞模型、时变时滞模型以及未建模动态非线性模型引入到FTS系统模型设计中以描述颤振现象,并基于神经网络控制提出... 快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统是实现微机械零件加工的关键部件。以压电陶瓷型FTS系统为研究对象,将迟滞状态时滞模型、时变时滞模型以及未建模动态非线性模型引入到FTS系统模型设计中以描述颤振现象,并基于神经网络控制提出具有迟滞时滞补偿功能的复合自抗扰控制方案,以实现FTS系统的颤振控制。其中,线性自抗扰控制将内部不确定性及迟滞时滞非线性和其他干扰视为总扰动并实时估计补偿,自适应BP(back propagation)神经网络用来对扰动估计误差进行逼近。与传统模型求逆方法相比,复合控制方案无需精确的数学模型易于初始设计。与线性自抗扰相比,复合控制方案减少了需要整定的参数数目,在相同带宽下具有更高的跟踪精度。仿真结果表明,所设计的复合控制具有更好的鲁棒性,能够实现压电陶瓷型FTS系统的快速精密跟踪控制。 展开更多
关键词 自抗扰控制 快速刀具伺服(FTS)系统 迟滞非线性 时滞 神经网络 复合控制
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微结构表面车削多轴联动数控系统的研究 被引量:4
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作者 丁智 王立功 王晓慧 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第S1期18-20,26,共4页
微结构表面是指具有特定微小拓扑形状的功能表面,在民用和军用工业领域有着广泛的应用。利用快速伺服刀架(FTS)作为精密微位移加工模块来车削加工微结构表面的方法已经成为微结构表面切削加工的一种主流技术,建立相应的多轴联动数控系... 微结构表面是指具有特定微小拓扑形状的功能表面,在民用和军用工业领域有着广泛的应用。利用快速伺服刀架(FTS)作为精密微位移加工模块来车削加工微结构表面的方法已经成为微结构表面切削加工的一种主流技术,建立相应的多轴联动数控系统是实现非回转对称微结构表面加工的前提条件。利用PC机及基于DSP的运动控制器(UMAC)构成双CPU的开放式数控系统,设计并搭建用于非回转对称微结构表面加工的多轴联动数控系统,利用UMAC控制器的时基触发控制功能实现了快速伺服刀架与主轴转角及X轴进给的精确同步功能。利用该多轴联动数控系统成功实现了复杂微结构表面的超精密车削加工,所加工正弦网格微结构表面的粗糙度达到了8.6 nm。 展开更多
关键词 微结构表面 多轴联动数控系统 快速伺服刀架 超精密车削
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