基于劣化模型的伺服系统误差补偿方法.研究

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1、华中科技大学硕士学位论文作为数控系统与机床本体的连接环节，伺服系统性能的提高将有助于数控装备的可靠性。本文运用统计学习理论对伺服系统位置误差数据进行分析，研究位置误差劣化规律，预测其劣化趋势，为评估伺服系统的可靠性提供支撑；利用误差补偿技术以及伺服控制改进技术对伺服系统位置精度进行补偿及提高，为研究基于自适应控制的大型数控装备的可靠性增强和主动维护技术提供支持。1.2.1论文研究的意义数控机床目前已广泛应用于我国各类工业加工过程中，如何保证数控机床在运行的过程中有良好的加工性能，同时保证数控机床在整个寿命周期内的性能是当前的重要研究内容

2、。而伺服系统作为数控装备中的重要环节，对数控机床的加工精度、加工质量等加工性能有主要影响。鉴于半闭环伺服系统在我国的广泛的应用，研究如何提高半闭环伺服系统的加工精度便具有重要意义。在半闭环伺服系统加工精度提高的研究上，国内外都有了大量的研究成果，主要的措施有进行误差补偿提高加工精度以及通过改善控制方法提高控制精度。通过误差在线测量和补偿，能有效提高半闭环伺服系统的加工精度。误差补偿通常是以大量的误差测量数据，以及误差模型为补偿基础。然而，在工程实际中，影响误差产生的因素繁多，如加工工艺参数、加工对象的材质、刀具磨损状况等等，为简化误差建

3、模过程，通常需要对一些参数做出简化，这也影响了误差建模的准确性。另外，许多误差量在实际工程中不易进行实地测量，导致误差量数据有限，这也影响了误差补偿模型的准确度。而对大型数控装备，由于其数量非常少，其误差数据则更为有限。在控制方法研究上，现代控制理论为提高半闭环伺服系统精度提供了有效工具。将输出值与指令值之间的差值σ，反馈回系统输入端，可补偿系统因为众多因素而引起的精度下降现象。因此，σ值的精度决定了反馈控制的精度，而由于半闭环伺服系统传动机构不包含在位置控制环内，σ值没有反映传动系统的劣化情况，这将直接影响到反馈控制的精度。目前，大多

4、数研究集中在改进控制算法上，而对如何提高σ的精度的研究尚少。鉴于此，在考虑了各种因素所引起半闭环伺服系统机械传动机构位置误差的变化后，利用现有的位置误差劣化数据，本文基于支持向量机方法对位置误差进行劣化预测，将该劣化误差反馈补偿于模糊控制器的输入端，同时改进模糊控制规则，以提高伺服系统的动态响应特性及稳态精度，为数控装备可靠性增长及维护提供支持。2华中科技大学硕士学位论文1.3国内外研究现状在生产过程中，加工精度是衡量数控系统性能的主要指标之一，也是高可靠性数控装备需保证的指标之一。在数控机床使用期内，都需保证机床有较高的加工精度。因此

5、，对数控机床可靠性的研究已从早期的仅应用于初期设计以及预测等方面扩展到了数控装备的全寿命周期中，也出现了对数控机床加工可靠性的研究，通过对数控机床加工精度的控制与预测，来提高数控机床的加工质量。在数控机床使用过程中，通过改善机床的薄弱环节以提高加工可靠性，并能根据实际情况动态调整机床的各项性能指标，保证数控机床在整个寿命周期内均能有良好的加工精度，从而提高机床全寿命周期内的加工可靠性。1.3.1误差补偿技术数控机床在使用过程中，由于各种因素的作用以及机床本身的结构特点将导致加工误差在使用过程中逐渐加大，进而影响机床加工精度以及加工可靠性

6、。在各种提高数控机床加工精度的方法中，误差补偿技术是一种常用且有效的方法之一。20世纪50年代，为机床误差补偿技术发展的早期，该时期的误差补偿以误差测量为主要的手段，基于误差测量对机床的结构、相关参数等进行调整，从而减小系统的加工误差。与现代误差补偿的多误差补偿相比，早期的误差补偿以单项误差为主，且补偿方式为硬件补偿，补偿精度受到极大限制。到上世纪60年代，为提高误差补偿精度，研究学者相继提出了各类误差计算模型，模型普遍考虑了多种不同的误差影响因素，误差计算也由此进入了精确计算时期。到70-80年代，误差补偿技术成功地应用于坐标测[1]

7、量机上。如今，误差模型精确度的提高以及软件补偿方法的有效发展大大提高的机床[2][3]的加工精度。各国在数控机床误差补偿技术上进行了很多研究并取得了一定的进展，分别表现在误差测量，误差建模以及误差补偿装置的设计开发等方面上。[4]在早期的误差测量技术领域，J.B.Bryan发明了双球规法用于检测运动轨迹精度。[5]W.Knapp发明了基准圆盘-双向微位移计测头法来获得圆弧插补运动运动轨迹。奥山[6][7]繁树发明了全周电容-圆球法。Heidenhaim提出了平面正交光栅法。在近几年的误差测量方面，日本学者丘华和姜明锡分别提出了二连杆机构

8、角编码器法和四连杆机构法。[8][9]韩国的朴喜载等提出了机动球杆法评定机床三维空间误差技术。另外，还出现了纳米测量技术，如光干涉测量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪等。3华中科技大学硕士学位论文机