[发明专利]一种滚珠丝杠进给驱动系统位置环增益优化取值方法

说明书

本发明公开了一种滚珠丝杠进给驱动系统位置环增益优化取值方法，包括：步骤一、基于状态空间法，建立进给驱动系统机械传动环节状态空间模型；步骤二、建立缩聚后的进给系统机械传动环节的状态空间模型；步骤三、建立基于机械传动环节状态空间缩聚模型的伺服系统位置环模型，构建系统模态频率、幅值响应激增值与位置环增益之间的约束关系式；步骤四、设定位置开环幅值裕量，通过上述约束关系式，对结构柔性与模态特性影响下的位置环增益参数进行优化取值。本发明将滚珠丝杠进给系统状态空间缩聚模型与位置环增益优化整定规则相结合，在便于对位置环增益解析推导的同时，实现了位置环增益优化取值，能够显著提高滚珠丝杠进给驱动系统运动响应性能。

技术领域

本发明涉及机电系统伺服参数优化方法，具体涉及一种滚珠丝杠进给驱动系统位置环增益优化取值方法。

背景技术

机床滚珠丝杠进给驱动系统是典型的机电系统，伺服控制和机械传动环节有着密切的联系。受到机械传动环节振动的影响，为避免整体伺服驱动的不稳定性，必须减小开环位置增益控制参数；而进给系统固有振动频率远远低于伺服控制回路自身的特征截至频率，受到机械传动环节的影响，控制信号只有在低于该振动频率的控制带宽内，才能无衰减无延迟传递，才能保证整体滚珠丝杠进给驱动系统跟随误差和轮廓误差的最小。可见机械传动环节结构柔性及模态特性对伺服参数与整体滚珠丝杠进给驱动系统的动态响应性能产生重要影响与制约。而位置环增益作为伺服系统的重要控制参数，其对系统响应、跟随误差及机械振动都具有非常重要的影响。

因此，研究机械传动环节结构柔性与模态特性影响下的位置环增益整定优化，是提高滚珠丝杠进给驱动系统运动精度和稳定性的必不可少的环节。

目前，基于整定规则，对滚珠丝杠进给驱动系统位置环增益优化值进行优化整定与解析推导时，为便于机械传动环节与伺服控制集成建模及解析推导，常将机械传动环节简化为具有某一等效转动惯量的刚体处理，其解析整定优化过程并未考虑机械传动环节的结构柔性与模态特性等对整体进给驱动系统动态性能及位置环增益参数最优值的影响。

发明内容

技术问题：针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种在机械传动结构柔性与模态特性影响下能够实现对位置环增益优化取值的滚珠丝杠进给驱动系统位置环增益优化取值方法。

技术方案：一种滚珠丝杠进给驱动系统位置环增益优化取值方法，包括如下步骤：

步骤一、基于状态空间法，建立进给驱动系统机械传动环节状态空间模型；

步骤二、建立缩聚后的进给系统机械传动环节的状态空间模型；

步骤三、建立基于机械传动环节状态空间缩聚模型的伺服系统位置环简化模型，构建系统模态频率、幅值响应激增值与位置环增益之间的约束关系式；

步骤四、设定位置开环幅值裕量，通过上述系统模态频率、幅值响应激增值与位置环增益之间的约束关系式，对结构柔性与模态特性影响下的位置环增益参数进行优化取值。

所述步骤一中，优选采用有限元方法构建机床进给驱动系统机械传动环节状态空间模型，具体步骤如下：

(1.1)采用有限元方法构建机械传动环节结构动力学模型：

首先对机械传动的主要功能结构部件进行划分和分析，对组成该机械传动环节的各部分进行结构简化和单元体选择；

其次确定机械传动环节各部分的材料力学性能参数；

对各机械单元体进行建模，并建立系统机械传动环节的有限元模型；