基于直线电机伺服系统的数控铣削自适应控制系统的数学建模

器， 从而实现快速 、 准确 和及 时的闭环控制 。其
结 构 图如图 １ 示 。 所
产生声 发射 能 ， 属切 削 过 程 的声 发射 信 号 强 度与 金
切削用 量 （ 削速度 、 给量 、 削 深度 ） 工 件 材料 切 进 切 、 有密切 的联 系 。切 削 速 度 增 大 和 加 工 材 料 强 度 变
过屈 服极 限而进入 不 可逆 的塑 性 变形 阶 段 ， 都会 以 瞬态 弹性波形 式释 放 出应 变 能 ， 种现 象 称 为声 发 这 射 。工件材 料 被 剪 切 及 沿 前 刀 面 滑 动 变 形 过 程 中
动机 中的编 码 器 将 位 置 反 馈 信 号 传 给 位 置 环 控 制
射信 号的瞬 时值 与约 束 值 ， 计算 出进 给 速度 的调 整
量 ， 发送 至 Ｃ Ｃ从而达 到恒 声发射 控制 的 目的。 并 Ｎ
越广泛 的 应用 。全 球 最 大 的 切 削 机 床 制 造 商 之 一
的Ｄ ＷＧ公 司 ， 产 品 中有 １ ３采用 了直 线 电机 驱 其 ／ 动技术 。 因此 近些 年 也 出现 了许 多 针 对 数 控 伺 服 系统 的控制方法 和 手段 ， 而铣 削 约束 控 制 系 统通 常 以切削 力 、 削 功 率 、 削 力 矩 等 作 为 约 束 控 制 输 切 切
不 明显 。
个 直线 电机 。本 文研 究 对象 采 用西 门子 ６ ｌ ｌＤ作 为
驱 动控制 ， 驱 动 控 制 主要 包 括 电 流环 、 度 环 和 该 速 Ｃ Ｃ（ Ｎ 数控 ） 中的 位 置 环 。整 个 控 制 流 程 是 通 过 位
置 环控制 器 到 速 度 环 控 制 器 ， 到 电 流 环 控 制 器 ， 再
为了简化数 学模 型 ， 这里 只 对 电 流环 和 速度 环 进 行讨论 。西 门子 ６ １ １ Ｄ驱动 系统 的 电流环 控制 流 程 如 图 ２所 示 ， 中 电流 环增 益 和 积分 控 制 时 间是 其
大 ， 发射信 号增 强 ； 给量 和 切 削深 度 改 变 ， 发 声 进 声
２１ ０ ０年 １ 月 １ １ １日收到
电流环 比例积 分控 制 中 的参 数 ， 户 可根 据 加工 需 用
要 适 当调 节 这 两 个 参 数 分 别 对 调 整 电流 环 控 制 器
４期
胡蒲希 ， ： 等 基于直线电机伺服系统的数控铣 削 自适应控制 系统的数学 建模
８９ ３
黻 置馈 反 位
出 】。但 以切 削 功 率 或 电流 为 反 馈 对 象 在 低 速 重 Ｊ
１ １ 伺服 系统 的结构 ．
１ 直线 电机伺服 系统建模
直线 电机 伺 服 系统 与 其他 伺 服 系 统 最 大 的 不 同就是将 旋 转 电机 加 滚珠 丝 杠 的结 构 简 化 成 了一
载 的加 工条件 下有 较好 的效 果 ， 在对 高 速 微切 削 而 量 的精 加工 和半 精 加 工 过 程 中切 削 功 率 的变 化 则
第 １ 卷 第 ４期 ２ １ 年 ２月 １ ０１ １７ — １ １ （０ １ ４０ ３ —４ ６ １ ８５ ２ １ ） —８８ ０
科
学
技
术
与
工
程
⑥
Ｖ０．１１ Ｎｏ ４ Ｆｅ ２ １ １ ． ｂ． ０１
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅｉ ｇ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｇｎｅ ｒｎ
经 试验 发 现声 发 射 信 号 在 高 速 轻 载 的情 况 下
有较 明显 的变 化 。声 发射 又 称 应力 波 发 射 ， 当材 料 或零部 件受 外力作 用 发 生变 形 、 裂或 内部 应 力超 断
最 终到直 线 电动机 ， 直 线 电动 机 则将 电流 和速 度 而 信 号反馈 给 电流环 控 制器 和 速度 环 控 制器 ， 服 电 伺
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎｎ． ０ ｃ ｅｈ Ｅ ｇｇ １ ．
机 电技 术
基 于 直 线 电机 伺服 系统 的数 控 铣 削 自适 应 控 制 系统 的 数 学 建 模
胡蒲希 钱 炜 陈靖 菲
（ 上海 理 工 大 学 机 械 工程 学 院 ， 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ０ ３
摘
要 针对生产 中的精加工与半精加工对加工质量的要求， 选择声发 射为反馈对象 ， 以西门子６ １ １Ｄ驱 动系统为 实例 ， 建立
了基 于直 线 电机 数 控 伺 服 系 统 的控 制 系统 数 学 模 型 ； 以后 研 究 和 开 发 针 对 高 速 小切 削量 加 工 过 程 的 数 控 系 统 自适 应 控 制 为
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：
１
时 间 ； Ａ 电流 环 增 益 。其 控 制 流 程 如 图 ２所 示 。 Ｋ 为 速度环 位于 电流 环 和位 置 环 的 中间 ， ３为 速 度 控 图
制环 的流程 图 。速度 环 控 制 过 程 相 对 复 杂 ， 了方 为
（ ４ ） 、。
］
便 讨论 将其 控制 过程 也等 效 为一 个 惯性 环 节 Ｇ （ ） ｓ
方 法 提供 一定 的理 论 依 据 。
关键词
直线电机
伺服 系统
声发射
控制系统
中图法分类号
Ｔ ３ ９４ Ｍ ５ ．；
文献标志码
Ａ
随着 工业 的不 断发 展 ， 线 电机 伺 服 系统 作 为 直
一
射信 号变 化 不 明显 。这 样 便 可 根 据 切 削 时声 发
个新 型 的控 制 系 统 在 数 控 机床 上 也 得 到 了越 来
的反应 速 度 和 电 流环 稳 定 性 进 行 调 整 。 因 此 可
制
速度 反 馈
将 电流控制 环 节 等效 为一 个 惯 性 环 节 Ｇ （ ）＝ ／ ｓ
（ ＋１ ， 中 ， 为惯 性 环节 时 间常数 即积分 控 制 ）式
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