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数控轧辊车床动态特性分析与仿真
作 者: 杨文果
导 师: 刘杰
学 校: 东北大学
专 业: 机械工程
关键词: 数控 强力切削 机电系统 动态特性 MATLAB 数字仿真
分类号: TG519.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 58次
引 用: 1次
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内容摘要
本文在深入分析数控强力切削机电系统原理、借鉴国内外相关科研成果的基础上,对数控强力切削机电系统的发展和研究现状进行了比较全面的总结;对实际物理系统进行合理简化,建立了数控强力切削机电系统数学模型;针对实际重型机床数控化改造过程存在的问题,结合改造设计实践和调试工作,利用控制理论对建立的数学模型进行分析,深入分析了影响数控强力切削机电系统动态特性各主要因素;在MATLAB/SIMULINK环境中建立系统的仿真模型,对数控强力切削机电系统动态特性进行数字仿真研究。对数控强力切削机电系统动态特性理论分析并结合计算机仿真,详细研究了影响系统动态性的主要因素以及影响机理;在数控强力切削机电系统设计时,应该保证足够机械传动系统刚度,以减小干摩擦引起的反转误差;系统的阻尼系数应合适,以期得到良好的基准量响应特性和抗干扰性能;系统的负载惯量应尽可能小,以增强系统响应的快速性。大的Kv因子可以减小系统的跟随误差,增强系统的跟随性能和抗干扰性能。为了改善数控强力切削机电系统动态特性,提出了对系统中各数字PID调节器进行最佳整定的方法,并给出了整定公式,特别是对位置调节器的整定,提出了一种根据进给无超调原则进行Kv因子最佳整定的一种方法。对CK84100轧辊车床进行实例仿真,仿真结果正确、可靠,验证了理论分析的结论。在重型机床改造性设计中,运用MATLAB软件对所建立数学模型进行仿真,建模简单、修改参数方便,是进行数控强力切削机电系统计算机辅助设计的有力工具。
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全文目录
中文摘要 5-6 ABSTRACT 6-10 第1章 绪论 10-17 1.1 课题的提出 10 1.2 数控强力切削的机电系统 10-11 1.3 数控机床伺服系统的发展趋势 11-13 1.4 数控机床伺服系统与数控强力切削技术的研究现状 13-15 1.5 研究的主要内容 15-17 第2章 数控机床机电系统数学模型 17-34 2.1 电气调速系统及其数学模型 17-28 2.1.1 永磁同步伺服电机的解耦模型 17-21 2.1.2 永磁同步伺服电机(PMSM)的矢量变频调速 21-23 2.1.3 数字PID调节器 23-27 2.1.4 电气调速系统各环节数学模型 27-28 2.2 机械传动系统数学模型 28-30 2.3 数控强力切削过程模型 30-31 2.4 交流伺服系统数学模型 31-32 2.5 本章小结 32-34 第3章 数控强力切削机电系统动态特性 34-60 3.1 数控强力切削机电系统的扭矩反馈 34-36 3.2 数控强力切削机电系统的动态结构 36 3.3 电流环 36-41 3.3.1 基准量传递特性 38-40 3.3.2 干扰量传递特性 40-41 3.4 速度环 41-46 3.4.1 基准量传递特性 42-45 3.4.2 干扰量传递特性 45-46 3.5 位置调节回路 46-51 3.6 扭矩反馈对系统动态特性的影响 51-53 3.6.1 扭矩反馈对速度环的影响 51-53 3.6.2 扭矩反馈对位置环的影响 53 3.7 影响强力切削机电系统动态特性的主要因素 53-59 3.7.1 基准量传递特性 54-56 3.7.2 干扰量传递特性 56-58 3.7.3 机械传动系统刚度与干摩擦反转误差 58-59 3.8 本章小结 59-60 第4章 CK84100进给伺服系统仿真 60-68 4.1 CK84100简介 60 4.2 CK84100系统参数 60-61 4.3 调节器参数的整定 61-62 4.4 仿真模型的建立 62-64 4.4.1 交流永磁同步伺服电机(PMSM)仿真模型 62 4.4.2 机械传动系统仿真模型 62-63 4.4.3 采样器模型 63 4.4.4 连续PI控制器的离散化模型 63 4.4.5 保持环节和计算延迟的模型 63-64 4.4.6 数控机床机电系统的仿真模型 64 4.5 仿真结果 64-67 4.5.1 空载时的斜坡响应 64-66 4.5.2 阶跃负载(20Nm)时的位置阶跃信号和正弦信号响应 66 4.5.3 考虑系统间隙的正弦波响应 66-67 4.6 本章小结 67-68 第5章 结论 68-69 参考文献 69-72 致谢 72
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 车削加工及车床(旋床) > 程序控制车床和数控车床
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