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电子齿轮箱关键控制技术及其应用研究

庄磊

  电子齿轮箱具有传动精度高、传动比范围宽、调整方便等特点,可以代替机械传动链实现准确的传动关系,在齿轮加工机床内联传动与其它要求同步运动的领域,电子齿轮箱有着广阔的应用前景。本文对电子齿轮箱的系统结构、实现方法、伺服控制及其在凸轮数控车削系统传动中的应用进行了全面、深入与系统的研究,主要研究工作如下:1.对电子齿轮箱与通用数控系统进行了比较分析,指出电子齿轮箱是一类特殊的数控系统,根据实现原理与控制方式不同,将电子齿轮箱的结构分为基于跟踪控制的主从式与基于定值控制的平行式;分析了电子齿轮箱传动精度及其影响因素,说明了电子齿轮箱结构的选择原则。2.对基于锁相环路同步控制原理的电子齿轮箱实现方法进行了研究,提出了空间分割与时间分割相结合对运动信息进行处理的复合计数法,综合考虑了脉冲计数的整数部分与非整数部分,提高了传动关系的处理精度,并扩大了可实现传动比的范围;对提高运动检测精度进行了研究,利用误差均化原理,沿光电编码器圆周对称布置双测头,消除了编码器安装偏心与倾斜对运动检测信号的幅值调制与频率调制。3.对电子齿轮箱实现非匀速比传动进行了研究,提出了位置函数控制与传动比函数控制两种非匀速比传动关系的实现方法;对位置函数控制方式,分析了位置函数曲线的插补与普通数控插补方法的区别,提出了插补斜率的概念与位置函数曲线的预补偿插补方法;对非匀速比电子齿轮箱传动精度进行研究,得出了插补精度、伺服系统动态性能指标与传动精度之间的关系;研究了非圆滚齿加工坐标联动的非匀速比传动关系,列出了多种可以满足要求的电子齿轮箱传动方案。4.分析了电子齿轮箱实现原理、系统结构与实际工作环境对伺服系统性能的要求,为了提高电子齿轮箱伺服系统的动态与稳态性能、跟踪能力以及在参数变化与干扰作用下系统的控制鲁棒性,有针对性地选择了PID控制、自适应控制、前馈预见补偿控制与H_∞控制四种策略,对采用上述控制策略的电子齿轮箱性能进行了理论分析与数字仿真研究。5.将电子齿轮箱用于凸轮车削加工系统的传动,以伺服刀架取代了传统加工的靠模装置,实现了刀具X方向直线运动与机床主轴转动的同步控制;设计了直线电机直接驱动的伺服刀架及基于PC与DSP构成的上—下位机控制结构,采用DSP进行实时控制以满足高速伺服需要;对凸轮加工过程的工艺特点与恒角度、恒速度车削进行研究,提出了具有刀具摆动功能的伺服刀架与机床主轴变转速运动方案。……   
[关键词]:电子齿轮箱;同步运动控制;非匀速比传动;控制策略;凸轮车削
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京航空航天大学2001年
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