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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。

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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