[发明专利]一种考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法

说明书

本发明提供的一种考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，包括以下步骤：步骤一，根据考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度分析模型，得到系统干扰传递函数；步骤二，根据步骤一得到的系统干扰传递函数，提取特征方程；步骤三，将实际系统参数带入步骤二中得到的特征方程中，得到特征方程的根，对特征方程的根进行判别；步骤四，根据步骤三中的判别结果，利用步骤一得到的系统干扰传递函数G_r(s)，通过拉普拉斯逆变换，得到单一推力谐波作用下的系统运动精度；步骤五，重复步骤四，得到所有推力谐波的直驱高速进给系统运动精度；本发明将传统分析中的直线电机推力波动问题直接延伸到最终进给系统的运动精度，对于进一步评价直线电机的推力波动现象在实际数控机床中的影响程度具有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于电机驱动与控制领域，具体涉及一种考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，适用于高速高精数控机床等场合。

背景技术

永磁同步直线电机进给系统实现了进给零传动，相比较传统的滚珠丝杠进给系统，具有推力大、速度高和精度好等优点，在高速高精数控机床等众多领域具有广泛的应用前景。然而零传动结构也具有众多的缺点，其中最突出的问题是由于驱动电路和电机结构非线性造成的推力波动。针对推力波动，国内外学者进行了大量的研究工作，围绕电机结构优化与控制补偿算法提出了多种方法，对于改善推力波动具有重要的价值和意义。

直驱高速进给系统取消了所有的中间机械传动环节，推力谐波直接作用于机械系统，尽管经过了结构优化和控制补偿，但是很难彻底消除各类因素引起的推力波动。相比传统滚珠丝杠进给系统，推力谐波依然对系统运动精度有着更加显著的影响。传统的推力谐波分析与计算方法，仅仅针对于永磁同步直线电机本身，并没有将其影响扩展到进给系统最终的运动精度。虽然借助于一些数值仿真软件，能够得到推力谐波作用下的系统输出响应，但是这种方法计算耗时，分析结果无法解释推力谐波作用的内部机理，不便于讨论不同伺服控制参数和负载下不同频率推力谐波对系统运动精度的影响规律，难以快速有效的分析推力谐波影响的敏感参数。如果能够建立一种快速精确的考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度解析计算方法，对于进一步优化伺服参数和构建控制补偿策略具有重要的价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，解决了现有技术中直驱高速进给系统的推力谐波分析与计算方法存在耗时、难以快速有效的分析推力谐波影响的敏感参数的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，包括以下步骤：

步骤一，根据考虑推力谐波特性的直驱高速进给系统运动精度分析模型，得到系统干扰传递函数；

步骤二，根据步骤一得到的系统干扰传递函数，提取特征方程；

步骤三，将实际系统参数带入步骤二中得到的特征方程中，得到特征方程的根，对特征方程的根进行判别；

步骤四，根据步骤三中的判别结果，利用步骤一得到的系统干扰传递函数G_r(s)，通过拉普拉斯逆变换，得到单一推力谐波作用下的系统运动精度；

步骤五，重复步骤四，得到所有推力谐波的直驱高速进给系统运动精度。

优选地，步骤一中，系统干扰传递函数G_r(s)的表达式为：