精密絲杠磨削加工誤差智能控制補(bǔ)償方法研究的論文

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1、精密絲杠磨削加工誤差智能控制補(bǔ)償方法研究的論文摘要：分析了精密絲杠磨削過程中螺距誤差的變化規(guī)律；提出了一種改進(jìn)算法的智能pid補(bǔ)償控制方法，采用“四點(diǎn)中心差分法”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；給出了一種能跟蹤誤差變化規(guī)律，實(shí)時(shí)修正pid參數(shù)的智能控制規(guī)則以及這種改進(jìn)算法的程序?qū)崿F(xiàn)框圖。　　關(guān)鍵詞：精密絲杠;誤差;pid控制;智能補(bǔ)償　　　　1引言　　　　滾珠絲杠作為高效、精密傳動(dòng)部件在數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。由于影響絲杠加工精度的因素極其繁多和復(fù)雜，給精密絲杠的加工帶來了困難，如何采用有效的補(bǔ)償控制方法來提高其加工精度歷來是精密絲杠磨削加工中一個(gè)重要的研究課題?！?/p>

2、　在補(bǔ)償控制方法中，時(shí)間序列預(yù)報(bào)補(bǔ)償方法雖然能對(duì)誤差進(jìn)行建模并預(yù)報(bào)，然而由于建模時(shí)間長(zhǎng)而影響補(bǔ)償精度。模糊自學(xué)習(xí)補(bǔ)償控制方法對(duì)絲杠短周期誤差進(jìn)行補(bǔ)償研究，取得了較好的效果。但其中模糊控制規(guī)則等是建立在對(duì)誤差規(guī)律的先驗(yàn)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)積累之上的，難免具有片面性和局限性，影響控制效果，其次目標(biāo)函數(shù)的建立及其自尋優(yōu)方法的實(shí)現(xiàn)都需要較復(fù)雜的計(jì)算，這對(duì)生產(chǎn)環(huán)境下實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合有一定的難度。離散勒讓德多項(xiàng)式序列預(yù)報(bào)補(bǔ)償方法能有效地克服機(jī)械系統(tǒng)的慣性滯后，使機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差得到較好的補(bǔ)償。但這種方法的補(bǔ)償精度受到計(jì)算方法的外推正確性和計(jì)算實(shí)時(shí)性影響。目前大多數(shù)工業(yè)過程仍采用pid控制方

3、法，因?yàn)檫@種簡(jiǎn)捷易行的控制方法能滿足多數(shù)工業(yè)過程的控制需要。針對(duì)實(shí)際被控對(duì)象的特點(diǎn)，將智能控制技術(shù)與傳統(tǒng)的pid控制技術(shù)進(jìn)行有效地結(jié)合，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的控制方法。.　　　　2pid控制算法基本原理及其智能改進(jìn)　　　　2．1pid調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型及其控制算法　　pid控制的基本規(guī)律是:調(diào)節(jié)器的輸出量u(t)與輸入量e(t)、輸入量的積分embedequation.3、輸入量的微分embedequation.3的三個(gè)分量的和成比例。其表達(dá)式為：　　embedequation.3（1）　　式中，embedequation.3為比例系數(shù)；embedequation

4、.3為積分時(shí)間常數(shù)；embedequation.3為微分時(shí)間常數(shù)。　　對(duì)（1）式離散化可得到離散的數(shù)字式pid算法：　　embedequation.3（2）　　式中embedequation.3為采樣周期。數(shù)字pid調(diào)節(jié)框圖如圖1所示?！　　　?．2克服隨機(jī)誤差干擾的不完全微分pid控制　　pid調(diào)節(jié)器中的微分作用容易引進(jìn)高頻干擾。當(dāng)干擾信號(hào)的頻率很大時(shí)，即使信號(hào)的幅值很小，經(jīng)微分后，由于頻率的作用，也會(huì)使微分量的幅值變得很大。為抑制高頻干擾，可在數(shù)字調(diào)節(jié)器中串接一個(gè)低通濾波器，如圖2所示?！　　　D中，embedequation.3（３）　　對(duì)應(yīng)的數(shù)字算式為：　　em

5、bedequation.3（4)　　式中，embedequation.3,embedequation.3，embedequation.3為濾波系數(shù)，embedequation.3愈大，帶寬愈窄?！　?shí)際中，由于測(cè)量系統(tǒng)的誤差及機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)等使誤差信號(hào)中含有大量的噪聲干擾信號(hào)，而數(shù)字pid算法中的差分和二階差分對(duì)這種噪聲干擾特別敏感。為此我們針對(duì)調(diào)節(jié)器中的微分項(xiàng)進(jìn)行平滑數(shù)據(jù)處理，對(duì)輸入進(jìn)行濾波。　　如圖3所示，采用“四點(diǎn)中心差分法”來減小微分項(xiàng)對(duì)干擾的敏感度。這種方法就是用現(xiàn)在和過去四個(gè)采樣點(diǎn)的偏差平均值來代替現(xiàn)實(shí)偏差進(jìn)行差分運(yùn)算?！　mbedequation.3(5

6、)　　embedequation.3　　整理后得：embedequation.3(6)　　以embedequation.3代替（4）式中的差分項(xiàng)embedequation.3，可得修改后的數(shù)字pid算法：　　embedequation.3(7)　　　　2．3誤差前饋補(bǔ)償控制　　根據(jù)精密絲杠加工工藝特點(diǎn)，考慮實(shí)際補(bǔ)償中機(jī)械滯后對(duì)補(bǔ)償結(jié)果的影響，引入一種誤差前饋補(bǔ)償控制方法。將該誤差反饋到輸入端，即相當(dāng)于輸入信號(hào)r（s）經(jīng)傳遞函數(shù)embedequation.3加到輸入端，形成新的具有前饋補(bǔ)償功能的系統(tǒng)，其模型如圖4所示。　　　　新系統(tǒng)的誤差為：　　embedequation

7、.3（8）　　系統(tǒng)改進(jìn)后，新系統(tǒng)的幅頻特性得到提高，相位滯后減小，能有效地解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制局精度之間的矛盾，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性得到明顯改善?！　?實(shí)時(shí)修正pid參數(shù)的智能控制規(guī)則　　根據(jù)絲杠磨削時(shí)螺距誤差變化特征和對(duì)實(shí)際補(bǔ)償效果進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)影響補(bǔ)償效果的一個(gè)重要因素即比例系數(shù)embedequation.3的合理選取。embedequation.3過大，容易造成校正過量，embedequation.3過小造成校正不足?！　榇宋覀円胍蛔兞縞:embedequation.3（9）　　即c為當(dāng)前誤差e(k)的符號(hào)和誤差變化embede