Заключение

Целью данной работы была разработка схемы управления для повышения точности контурной обработки при увеличении скорости подачи на высокоскоростном фрезерном оборудовании.

Первым шагом для достижения этой цели была разработка точных моделей для системы управления электромеханическими приводами подачи по осям x и y, испытательного оборудования, описанного в главе 2. В главе 2 экспериментально были найдены важные параметры для моделирования системы, такие как эквивалентный момент инерции, масса и коэффициенты вязкого трения каждой оси. Основываясь на этих параметрах, были разработаны модели для системы управления электромеханическими приводами подачи по осям x и y и проверены путем сравнения моделирования и эксперимента.

Вторым шагом для достижения поставленной цели была разработка схем управления на основе проверенной модели СУЭП для исследования эффективности контурной обработке. В качестве обычных УЭ были выбраны ПИД регулятор и УЭ прямой связи. Эти УЭ ориентированы на улучшение характеристик только отдельных осей, а не на улучшение контурных характеристик, возникающих в результате согласованного перемещения осей x и y. Для непосредственного уменьшения контурной ошибки был использован УЭ перекрестной связи. Этот УЭ требует построения модели ошибки контура в режиме реального времени и ее использования в законе управления, которая затем уменьшает ошибку контура.

Основанный на методе преобразования координат, позволяющем разложить компоненты ошибки на тангенциальное и нормальное направления в двумерной системе, был разработан адаптивный нелинейный УЭ перекрестной связи.

Стандартные адаптивные методы нелинейного управления были применены к преобразованной динамике фрезерного станка с перекрестной связью для компенсации неопределенных параметров инерции. Анализ на основе Ляпунова использован для доказательства глобального асимптотического отслеживания контура для произвольного контура.

Разработанный УЭ был эффективно реализованы на высокоскоростном фрезерном станке с использованием написанного пользователем алгоритмом, предоставленного Turbo PMAC2 от Delta Tau Data Systems Inc. На основе УЭ, работа которых была смоделирована в главе 2, были экспериментально исследованы контурные ошибки. Для проведения эксперимента были выбраны три основных контура в плоскости x-y и эксперимент был проведен с различными скоростями подачи. Экспериментальные результаты показали, что предложенный адаптивный нелинейный УЭ с перекрестной связью увеличил точность контурной обработки, то есть снизил контурную ошибку, в том числе и при увеличении контурной скорости.

В качестве будущей работы предлагается следующее направление – исследование работы разработанного УЭ, учитывающего динамические особенности приводов подачи с учетом сил резания, в том числе, предустановленные настройки УЭ на компенсацию сил резания в реальном масштабе времени.

Список использованных источников

1. Y. Koren and C. C. Lo, “Advanced Controllers for Feed Drives,” Annals of the CIRP, Vol. 41, pp. 689-698, Feb. 1992.

2. Кочинев, Н.А. Измерение динамических характеристик станков методом импульсного нугружения / Н.А. Кочинев, Ф.С. Сабиров // Измерительная техника. -2009, -№ 6, С. 39-41

3. J. Liu, C. Xu and L. An, "Micro-machinable polymer-derived ceramic sensors for high-temperature applications," in SPIE Smart Structures and Materials Nondestructive Evaluation and Health Monitoring, pp. 7640. V1-7640. V10, 2010.

4. Бушуев, В.В. Анализ погрешностей привода подачи металлорежущего станка и способов их снижения / В.В. Бушуев, В.А. Кузовкин, В.В. Молодцов, В.В. Филатов // Измерительная техника, -2006. -№6. С. 18-22

5. Бушуев, В.В. Методика моделирования механизмов приводов подачи станков с ЧПУ / В.В. Бушуев, В.В. Молодцов // Научно-технический и производственный журнал «Вестник машиностроения», -2015. -№ 8. С. 8-13.

6. Гусаров, С.В. Сравнительный анализ унимодального и полимодального подходов при обработке результатов динамических испытаний на вибропрочность / С.В. Гусаров, С.И. Досько, В.В. Баданин, С.А. Исаев // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, том 129. -2012. -№4. С. 37-48

7. Евстафиева, С.В., Молодцов В.В. Моделирование следящего привода подачи современных станков с ЧПУ. – М.: Мехатроника, автоматизация, управление. № 9, 2010, с. 37 – 44.

8. Кудинов, В.А. О скачке силы трения при переходе от покоя к скольжению / В.А. Кудинов // СТИН. – 1993. – № 6. – С. 2

9. Кудинов, В.А. Динамика станков. – М.: Машиностроение, 1966 – 359 с

10. Левин, А.И. Основы автоматизированного расчета динамики приводов металлорежущих станков: дисс. … д-ра техн. наук 05.03.01 / Левин Александр Исидорович. – М., 1983. – Том 1, 386 с.

11. Лимаренко, Г.Н. Проектирование механических приводов и моделирование их динамики / Г.Н. Лимаренко, М.П. Головин, А.Н. Щепин // СТИН. – 2002. – № 10. – С. 7 – 11.

12. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник в 5 т. – 2-е изд., перераб. и доп. – Т. 3: Синтез регуляторов систем автоматического управления; под ред. К.А. Пупкова и Н.Д. Егупова. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 616 с.

13. Pritschow, G. Ball screw drives with enhanced bandwidth by modification of the axial bearing / G. Pritschow, N. Croon // Annals of the CIRP. – 2013. – 62 – P. 383 – 386.

14. Rexroth Star GmbH. D-97419. Обзор печатной продукции. Системы линейных перемещений. RRS 83 001/–2003-02 – 52 p.

15. THK. General catalog. TOKYO, JAPAN. THK. Co. LTD, 2006. – 650 p.

16. Spath, D. Kinematics, Frictional Characteristics and Wear Reduction by PVD Coating on Ball Screw Drives / D. Spath, J. Rosum, A. Haberkern // Annals of the CIRP. – 1995 – 44(1) – P. 349 – 352.

17. Михайлов О.П. Динамика электромеханического привода металлорежущих станков / О.П. Михайлов. – М.: Машиностроение, 1989. – 224 с.

18. Astrom, K. J. and Wittenmark, B., 1984, Computer Controlled Systems: Theory and Design, Prentice-Hall, Inc.

19. Koren, Y., In3, Computer Conrrol of Manufacturing Systems, McGraw-Hill, New York.

20. Koren, Y., 1985, Robotics for Engineers, McGraw-Hill, New York.

21. Koren, Y, 1989, "Adaptive Control Systems for Machining." Manufacturing Review, Vol. 2, No. I, March, pp. 6-15.

22. Koren, Y. and Lo, C. C .. 1991, "Variable-Gain Cross-Coupling Controller for Contouring," Annals of the CIRP, Vol. 104, Aug., pp. 371-374.

23. Haack, B. and Tomizuka, M., 1991, "The Effect of Adding Zeros to Feedforward Controllers," ASME Transactions, Journal of Dynamic systems, Measurement, and Control. Vol. 113, March, pp. 6-10.

24. Jouaneh, M., Wang, Z .. and Dornfeld, D., 1988, "Tracking of Sharp Corners Using A Robot and A Table Manipulator." University of California, Berkely. Beitrag fur das U.S.A.-Japaaan Symposium on Flexible Automation, July.

25. Masory, 0., 1985, "The Effect of a Velocity Feed Forward Loop on Contour Accuracy," Proceedings of 7th International Motor Conference, October, pp. 418-428

26. Tsao, T.C. and Tomizuka, M., 1987, "Adaptive Zero Phase Error Tracking Algorithm for Digital Control," ASME Transaction, Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 109, December, pp. 349-354

27. Taso, T. C. and Tomizuka, M., 1988. "Hydraulic Servo System Design for Noncircular Machining," Proceedings of the !988 NAMRC, Illinois, May, pp. 336-343.

28. Koren, Y., 1985, Robotics for Engineers, McGraw-Hill, New York.

29. Markiewicz, B. R., 1973, "Analysis of Computed Torque Drive Method and Comparison with Conventional Position Servo for a Computer Controlled Manipulator," NASA Tech, Memo 33-601. J.P. L

30. Ono, Y. and Kuwahara, H., 1986, "The New Design of Motor, Position Sensor and Position Control System for Direct Drive Manipulators," ASME Proceedings, Robotics: Theory and Applications, Anaheim, California, December, pp. 123-128.

31. Paul. R. P .. llJ81. Robot lvfanipulators. Mathematics, Programming, and Control. MIT press, Cambridge, Mass.

32. Burhoe, J. C, and Nwokah, 0. D., 1989, "Multivariable Control of a Biaxial Machine Tool," Proceedings of the Symposium on Dynamic Systems, Measurement, and Control, ASME Winter Annual Meeting, San Francisco, California, Dec., pp. 1·6.

33. Chuang. H. Y. and Liu, C. H .. 1991, "Cross-Coupled Adaptive Feedrate Control for Multiaxis Machine Tools," ASME Transaction. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. Vol. 113. September, pp. 451-457.

34. Kulkarni, P. K. and Srinivasan, K., 1986, "Cross-Coupled Controller for Multi-Axial Drive Servomechanisms." Proceedings of the Japan-USA Symposium on Flexible automation, pp. 5~5-594, Osaka. Japan. July 14-18.

35. Altintas Y., 1996, Course Notes: Principles of Metal Cutting and Machine Tool Automation, The University of British Columbia, Vancouver.

36. Koren Y., 1983, Computer Control of Manufacturing Systems, McGraw-Hill, NY.

37. Butler J., Haack B., 1988, «Referens Generatio for High Speed Motion of a Two Axis System», DSC., Vol 11, pp. 457-470.

38. Makino H., Ohde Tm, 1991, «Motion Control of the Direct Drive Actuator», Annals og CIRO, Vol. 40/1/1991, pp.375-378.

39. Wang F.-C., Yang D.C.H., 1993. Nearly Arc-Length Parametrized Quintic_Spline Interpolation for Precision Machining, Computer Aided Design, Vol. 25, No. 5, pp. 281-288.

40. Weck M., Ye G., 1990, Sharp Corner Tracking Using the IKF Control Strategy, Annals of CIRP, Vol. 39/1/1990, pp. 437-441.

41. F. Lewis, C. Abdallah, and D. Dawson, Control of Robot Manipulators, New York: MacMillan Publishing Co., 1993

42. F. Frenet, “Sur les courbes à double courbure,” Thèse, Toulouse, 2007. Abstract Journal of Math. 17, 2007.

43. E. Kreyszig, “Formulae of Frenet,” Differential Geometry, New York: Dover, pp. 40-43, 1991

44. A. Gray, “The Fundamental Theorem of Space Curves,” Modern Differential Geometry of Curves and Surfaces with Mathematica, 2nd ed, Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 219-222, 1997

45. C. Makkar, W. E. Dixon, W. G. Sawyer, and G. Hu, “Lyapunov-Based Tracking Control in the Presence of Uncertain Nonlinear Parameterizable Friction,” Proc. of the American Control Conference, Portland, Oregon, 2005, pp. 1975-1980.