数控伺服系统的建模与仿真.pdf

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1、万方数据X—Y数控平台伺服系统的建模与仿真阎勤劳，张海伟(1．广东交通学院，广州510800；2．西北农林科技大学，杨凌712100)摘要：为研究数控机床进给系统的静态和动态性能的稳定性，简化调试过程，文章以×一Y工作台作为平面定位机械系统的动态模型，通过对×一Y工作台伺服系统进行三环整定计算、利用MATALAB／Simulink软件进行建模，研究了虚拟样机仿真分析的方法，采用虚拟样机开发软件ADAMS完成参数化样机模型的构建，利用ADAM内含的系统函数创建运动约束，实现了对系统运动学仿真的分析。关键词：×一Y平

2、台；伺服系统；动态性能；建模；仿真中图分类号：THl16文献标识码：A文章编号：1009—0134(2007)04—0033-03ModelingandsimulationofCNCservosystemforX-YtableYANQin·la01．ZHANGHai-wei2(NorthwestA&FUniversty，Yanglin712100，China)Abstract：Inordertoensurethestabilityoforientationprecision、staticanddynamiccap

3、ability，andpredigestdebuggingprocess，andtheX-Ytablewasusedtodynamicmodelofmechanicalsystemforplaneorientationinthispaper，andcountbythreeloopconformityforservosystem，andmodelbyMATALAB／Simulink，theanalysismethodofdummysamplewasresearched，andmakeupofparametermod

4、elofsamplebyADAMS，andmadeupoflocomotionleashbysystemfunctionofADAMS．thesimulationanalysisisrealize．Keywords：X—Ytable；servo；dynamiccapability；modeling；simulation^_■---一U刖舌目前普遍采用的数控机床进给传动系统包括齿轮传动副，丝杠螺母副及其支承部件等。通常设计进给传动机构时必须满足一定的要求，才能保证机床进给系统的定位精度和静态、动态性能”]，从而确保

5、机床的加工精度，一般要求机床进给传动系统具有摩擦阻力小，传动刚度高，运动部件惯性小和传动间隙小等特点。x—Y工作台作为一种平面定位机械系统，动态模型简单，它的控制方法也已经趋于成熟，但基于x-Y工作台的含有摩擦环的伺服系统研究仍然是目前的热点与难点[2】。X—Y工作台存在于伺服控制系统中的非线性特性有：摩擦、间隙、磁滞效应、饱和、未建模动态和外部扰动等。饱和主要影响系统的动态性能，磁滞效应使控制输入滞后，未建模动态及外部扰动对系统的动静态性能都有影响。摩擦是设计高精度伺服系统时必须考虑的重要因素之一，会引起系统跟

6、踪误差、极限环及低速爬行【3，4]。由于非线性特性普遍存在于包括X—Y工作台在内的机械系统中，影响了对它们的高精度控制。1系统模型1．1X—Y工作台系统组成x-Y工作台是实现平面X—Y坐标运动的典型部件，X，Y向均采用伺服电机驱动，通过丝杠传动，使工作台做X—Y向的运动。如图1所示，工作台由两个互相独立的、互为垂直的导向导轨、传动系统及工作台面等组成。伺服电动机直接连接的增量式码盘被用于速度的反馈。位置测量信号则来自于安装在工作台上的直线光栅，位置测量值同时被计算收稿日期：2006．11-02基金项目：国家星火计

7、划项目(2005EA850034)作者简介：阎勤劳(1952一)，男，陕西省杨陵区，教授，本科毕业，研究方向为机电一体化技术，广东交通学院教授，西北农林科技大学机械与电子工程学院教授／博士生导师(兼)。第29卷第4期2007-04【33】万方数据图1X—Y工作台不意图机上的数据采集卡所记录，用来分析x-Y工作台的运动精度。位置控制是利用DSP(ADSP2181)开发的基于PC机的运动控制卡来实现。GXY一2020数控工作平台，工作台的伺服系统采用GYS20lDC2-T2C伺服电机和RYC201D3-VVT2交流伺

8、服驱动器(即伺服放大器)，主要性能指标如表l。表t系统仿真模型参数1．2伺服系统的结构工作台伺服系统是由驱动模块与伺服电动机等组成的一个高精度角度闭环系统，其输入为数控系统给出的指令脉冲，输出为电动机转角。在以光栅、脉冲编码器等组成检测反馈环节所实现的闭环控制下，电动机的转角将跟随数控指令变化。通过丝杠螺母副传动，电动机的角位移被转化为所需的工作台的直线位移。图2为其工作