[发明专利]一种消除直线进给伺服系统自激振动的实现方法

说明书

本发明公开一种消除直线进给伺服系统自激振动的实现方法，涉及超精密加工技术领域，本发明包括以下步骤：步骤一，计算电机电磁转矩谐波频率；步骤二，测试双直驱直线进给系统的固有频率；步骤三，计算转矩谐波激发进给系统振动的振动速度点；步骤四，双直驱直线进给系统的动力学建模；步骤五，双直驱直线进给系统的控制系统设计；步骤六，依据工作台的指令速度是否等于转矩谐波激发进给系统振动的振动速度，确定驱动方式、丝杠电机和螺母电机的指令速度分配比。本发明解决了超精密加工过程中由于进给系统本身输出转矩谐波引起进给系统速度波动导致工件表面加工质量差的难题，能够实现超精密加工过程中的高精度直线运动，显著提高工件的加工质量。

技术领域

本发明属于超精密加工技术领域，具体涉及一种消除直线进给伺服系统自激振动的实现方法。

背景技术

精密与超精密加工技术的迅速发展对产品零部件的加工精度要求越来越高。伺服进给系统由伺服驱动器、永磁同步电机和机械传动装置组成，驱动工作台移动，进给系统本身有一些降低精度的内部因素，如电机结构和驱动电路的非线性引起的电机转矩的多谐波成分等，尤其是电机转矩谐波频率等于进给系统固有频率时，会激发进给系统共振，进给系统振动时，严重影响工件表面的加工精度。

在发明专利CN104714485B：《一种微型高精度微量进给伺服系统及控制方法》中，发明了滚珠丝杠副的丝杠和螺母的差速双驱动进给的方案；在发明专利CN112077638B：《一种集成液体静压螺母主驱动型丝杠副直线进给单元》中，发明了液体静压螺母的驱动的直线进给单元。

目前，在抑制电机转矩谐波激发进给系统振动的相关技术中，采取的主要措施及存在的主要问题如下：

1、从调整工作台的转速的出发，加工零件时，调整工作台的转速，避开电机转矩谐波频率与进给系统固有频率相等的特定速度点，但这种方式会造成工作台进给速度不连续，在一些特定的速度点不能加工零部件。

2、通过特殊的控制方法来抑制特定速度点处的振动，在电机转矩谐波频率与进给系统固有频率相等的特定速度点处，运用振动抑制控制算法来抑制振动对进给系统的影响，如自适应滑膜控制、比例-积分-谐振控制、振动补偿等，然而，这类控制方法的算法实现较为复杂，特殊控制算法的控制精度取决于控制模型的精度，系统可靠性比较低。

因此，需要对电机转矩谐波频率激发进给系统振动的问题进一步研究，提出一种消除直线进给伺服系统自激振动的实现方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种消除直线进给伺服系统自激振动的实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种消除直线进给伺服系统自激振动的实现方法，包括以下步骤：

步骤一：电机输出转矩谐波分析，依据电机的电磁结构参数，电机输出转矩的推导和计算，分析所述电机输出转矩的谐波分量，计算电机谐波转矩对应的频率，采用丝杠电机和螺母电机双直驱直线进给系统；

步骤二：测试双直驱直线进给系统的固有频率，对双直驱直线进给系统的机械部分进行振动测试实验，用LMS振动测试仪测试双直驱直线进给系统的固有频率；

步骤三：计算转矩谐波激发进给系统振动的特定速度点，由步骤一得到电磁转矩和步骤二测得的双直驱直线进给系统的固有频率，计算转矩谐波激发进给系统振动的特定电机指令速度点。

步骤四：双直驱直线进给系统的动力学建模，依据双驱动直线进给系统的驱动方式，建立双驱动直线进给系统机械传动部分的三自由度模型；

步骤五：双电机控制系统设计与控制参数调整，根据步骤四建立的双直驱直线进给系统动力学模型，设计双驱动直线进给系统的双电机控制系统；

步骤六：依据进给工作台的指令速度选择驱动方式和速度分配方式。