[发明专利]减小行星滚柱丝杠螺纹磨削波动的PID参数计算方法

说明书

本发明提出一种减小行星滚柱丝杠螺纹磨削波动的PID参数计算方法，属于抗扰动PID参数设计领域。该方法采用数值计算的方法来设计具有振动抑制能力的PID反馈控制器，本发明求解得到的PID控制器的参数计算结果可以抑制工件振动对于螺纹磨削表面粗糙度的影响，实现运动控制和振动抑制的同步设计，从而改进磨削螺纹的表面质量，进而提高滚柱丝杠的能量传递效率与使用寿命。

技术领域

本发明涉及抗扰动PID参数设计领域，尤其涉及一种减小行星滚柱丝杠螺纹磨削波动的PID参数计算方法。

背景技术

行星滚柱丝杠与滚珠丝杠相似，是一种依靠螺旋运动将回转运动和直线运动相互转化的机械装置，它综合了行星齿轮、滚珠丝杠、滚针轴承等机构的优点，具有高承载、高效率、高精度、高可靠性等优势，在传动领域，尤其是有空间要求的场合下应用越之广泛。行星滚柱丝杠螺纹采用砂轮磨削的方式进行加工，其中砂轮进给轴位置环采用PID控制器进行控制。PID参数的合理选择直接决定了螺纹磨削加工过程中砂轮与工件相对运动的平稳性，进而决定了所加工螺纹的表面粗糙度。行星滚柱丝杠螺纹粗糙度过高会导致丝杠能量传递效率与使用寿命下降。因此，需要在磨削工程中合理选择PID参数，以减少砂轮与工件的磨削波动，以提升螺纹表面粗糙度。

现阶段，行星滚柱丝杠螺纹磨削的PID控制器控制参数的主要调整手段包括两种方式：(1)经验调整，根据PID参数的影响规律，由技术人员进行手动PID的调整。但是这种方法存在调整效率低，对于控制参数调整者经验要求高的问题。(2)基于进给轴模型整定，该方法在建立磨轮侧进给轴模型后，基于模型计算PID参数。但是这种方法并未考虑工件在磨削过程中由于磨削力激励而产生的振动。这会导致由于工件振动螺纹表面粗糙度增加的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有用于行星滚柱丝杠螺纹磨削PID控制器参数计算方法的缺陷，提出一种减小行星滚柱丝杠螺纹磨削波动的PID参数计算方法。该方法采用数值计算的方法来设计具有振动抑制能力的PID反馈控制器，可以抑制工件振动对于螺纹磨削表面粗糙度的影响，实现运动控制和振动抑制的同步设计，从而改进磨削螺纹的表面质量。

本发明提出一种减小行星滚柱丝杠螺纹磨削波动的PID参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取行星滚柱丝杠作为待加工工件，在该待加工工件外部安装加速度传感器，加速度传感器轴向与螺纹磨削机床的进给方向一致；

2)将螺纹磨削机床上进给轴与待加工工件作为控制对象，采用正弦扫频的方法进行控制对象的辨识，得到控制对象的幅频特性和相频特性；其中，进给轴包括螺纹磨削机床中装有砂轮的主轴与工作台滑块；

控制对象的幅频特性和相频特性表达式如式(1)所示：

其中，|G_m(ω)|为螺纹磨削机床进给轴的幅频特性，为螺纹磨削机床进给轴的相频特性，|G_w(ω)|为工件的幅频特性，为工件的相频特性；A_m(ω)为机床进给轴测量得到的频率ω激励输出的正弦波最大幅值，A_w(ω)为工件测量得到的频率ω激励输出的正弦波最大幅值，φ_m(ω)为机床进给轴测量得到的频率ω激励输出的正弦波的相位滞后角，φ_w(ω)为工件测量得到的频率ω激励输出的正弦波的相位滞后角；A_m(ω)和φ_m(ω)由机床进给轴的光栅尺测量得到，A_w(ω)和φ_w(ω)由步骤1)安装的加速度传感器测量得到；A为正弦扫频施加的正弦信号的幅值；

3)被控对参数辨识；

基于步骤2)得到的控制对象的幅频特性和相频特性，通过最小二乘法拟合得到参数包括：机床进给轴的质量m_a，工件质量m_b，工件和机床在运动方向的连接刚度k以及工件和机床在运动方向的连接阻尼c；