[发明专利]一种降低直线进给系统速度波动的方法

说明书

本发明涉及超精密加工技术领域，具体涉及一种降低直线进给系统速度波动的方法。本发明采用双电机六次谐波转矩差半周期奇数倍控制，有效降低了直线进给系统速度波动，与对电机结构设计进行改进的方法相比，有效降低了电机设计和制造成本，与通过特殊的控制方法如自适应滑膜控制、鲁棒控制、比例‑积分‑谐振控制、转矩脉动辨识与补偿方法等相比，控制方法更简单，控制参数更易调整，系统可靠性更高，降低进给系统速度波动的效果更加明显。本发明解决了超精密加工过程中由于进给系统本身输出转矩谐波引起进给系统速度波动导致工件表面加工质量差的难题，能够实现超精密加工过程中的高精度直线运动，显著提高工件的加工质量。

技术领域

本发明涉及超精密加工技术领域，具体涉及一种降低直线进给系统速度波动的方法。

背景技术

随着工业技术的更新迭代，精密与超精密加工技术的迅速发展对产品零部件的加工精度要求越来越高。伺服进给系统由伺服驱动器、永磁同步电机和机械传动装置组成，驱动工作台移动，进给系统本身有一些降低精度的内部因素，如电机结构和驱动电路的非线性引起的电机转矩的多谐波成分造成的转矩波动，会导致直线进给系统速度和位移的波动，严重影响工件表面的加工精度。

在发明专利CN104714485B：《一种微型高精度微量进给伺服系统及控制方法》中，发明了滚珠丝杠副的丝杠和螺母的差速双驱动进给的方案；在发明专利CN112077638B：《一种集成液体静压螺母主驱动型丝杠副直线进给单元》中，发明了液体静压螺母的驱动的直线进给单元。

目前，在抑制转矩波动引起进给系统速度波动的相关技术中，采取的主要措施及存在的主要问题如下：

1、从电机本身结构设计出发，对电机结构设计进行改进，如电机斜槽或斜极、使用分数槽绕组、优化绕组分布等，然而对电机结构设计进行改进将使电机设计和制造更加复杂，增加电机设计制造成本。

2、通过特殊的控制方法来抑制转矩波动，如自适应滑膜控制、鲁棒控制、比例-积分-谐振控制、转矩脉动辨识与补偿方法等，然而，这类控制方法的算法实现较为复杂，特殊控制算法的控制精度取决于控制模型的精度，系统可靠性比较低。

由于超精密加工过程中由于进给系统本身输出转矩谐波引起进给系统速度波动导致工件表面加工质量差。因此，需要对降低直线进给系统速度波动的方法进行改进。

发明内容

针对上述技术背景提到的不足，本发明的目的在于提供一种降低直线进给系统速度波动的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提出了一种降低直线进给系统速度波动的新方法。

本发明的控制对象是采用一个电机带动丝杠和一个电机带动螺母双电机控制的直线进给机构，所述双电机控制的直线进给机构的丝杠和螺母副可以是滚珠丝杠副、滑动丝杠副或者液体静压丝杠副。

本发明提出的一种降低直线进给系统速度波动的新方法包括以下步骤：对所述双驱动直线进给系统的丝杠电机和螺母电机进行电机输出转矩的推导和计算，分析所述电机输出转矩的谐波分量；对所述双驱动直线进给系统进行动力学建模，包括转动部分和滑动导轨处的摩擦建模；根据所述建立的双驱动直线进给系统动力学模型，设计所述双驱动直线进给系统的双电机控制策略；结合所述电机输出转矩的谐波分量、双电机控制策略进行谐波的差半周期奇数倍控制。

作为进一步的实现方式，所述双驱动直线进给系统选用的两个电机的电磁性能参数必须相同，包括定转子结构、绕组参数等。

作为进一步的实现方式，所述双驱动直线进给系统丝杠电机和螺母电机的等效转动惯量必须相等，所述丝杠电机的转动惯量包括丝杠电机轴、丝杠、丝杠支撑轴承，所述螺母电机的转动惯量包括螺母电机轴、丝杠螺母、螺母轴承。