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快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践
  • ISSN号:1000-8152
  • 期刊名称:控制理论与应用
  • 时间:2013.12.15
  • 页码:1534-1542
  • 分类:TP275[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]清华大学机械工程系,北京1000841
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51175278);摩擦学国家重点实验室项目(SKLT12C02).
  • 相关项目:面向微注射的细胞力学建模、表征与参数优化
中文摘要:

快速刀具伺服系统(fast tool servo,FTS)是实现非圆截面和非轴对称表面零件加工的关键部件.加工过程中,FTS应克服时变切削力负载和自身参数的非线性,驱动刀具完成高频高精度跟踪运动.为了解决FTS的快速精密跟踪控制问题,根据刀具运动参考轨迹已知的特点,应用自抗扰控制原理和前馈控制策略,针对基于剪应力和正应力电磁驱动的两种直线执行机构,分别设计了采用线性和非线性扩张状态观测器的自抗扰控制器,并利用传递函数和描述函数方法,分析了线性控制器的跟踪精度和动态刚度特性,探讨了非线性控制系统的极限环问题.两种基于自抗扰控制的快速刀具伺服系统已应用于发动机椭圆截面活塞的精密车削和二维正弦微结构表面的超精密车削,满足了加工需求.研究与应用结果表明:自抗扰控制思想独特、算法易于工程实现,具有很好的工程应用价值.

英文摘要:

Fast tool servos play crucial roles in machining workpieces with noncircular cross sections or non-rotationally symmetric surfaces,by actuating the cutting tool to complete desired tracking motions with high accuracy and at high speed,in the presence of time-varying cutting force disturbance and nonlinear plant parameters.To this end,two active disturbance rejection solutions are developed to control the shear stress and normal stress electromagnetically driven linear actuators.Given the reference trajectories of the cutting tool,the feed-forward strategy is combined the active disturbance rejection design with the linear and nonlinear extended state observers.The tracking accuracy and dynamic stiffness are analyzed using classic frequency response method for the linear controller; and the existence of limit cycles associated with the nonlinear controller is investigated using the describing function method.The proposed control strategies for the fast tool servos have found successful applications in precision machining an engine piston with elliptical cross sections and ultra-precision machining two dimensional micro-structured surfaces.The results show that both the novel concept and the easy-to-use algorithms make the active disturbance rejection control a tool of choice with a promising future in this industry.

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期刊信息
  • 《控制理论与应用》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:华南理工大学 中国科学院数学与系统科学研究院
  • 主编:胡跃明
  • 地址:广州五山路华南理工大学3号楼516室
  • 邮编:510640
  • 邮箱:aukzllyy@scut.edu.cn
  • 电话:020-87111464
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-8152
  • 国内统一刊号:ISSN:44-1240/TP
  • 邮发代号:46-11
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21084