《複雜機電系統多維頻譜特徵建模與集成設計方法》是依託西安交通大學，由趙萬華擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：複雜機電系統多維頻譜特徵建模與集成設計方法
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：趙萬華
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複雜機電系統的典型代表多軸高速工具機由機械、伺服驅動和控制三部分構成，具有多軸運動、多源能量輸入、集中控制的特點，且工作速度、加速度範圍寬，要求高的瞬態及穩態運動精度。研究發現，工具機在工作過程中的伺服驅動力/力矩頻譜與機械執行系統的低、中、高階固有頻率及其分布的相關程度決定了系統的穩態與瞬態精度，並且不同控制方式下伺服驅動力/力矩頻譜會產生變異；而機械系統動態特性也具有複雜的演變特性。.本項目提出多維頻譜理論，研究各運動軸在考慮構件柔性、結合部非線性、結構耦合下，在空間、速度及加速度維的頻譜特徵及變異；伺服驅動力/力矩頻譜表征以及不同控制方式和反饋信息對力/力矩頻譜特徵的變異作用；伺服驅動力/力矩頻譜與機械系統頻譜特徵之間的耦合特性、強弱的表征與計算；高速工具機結構設計、伺服驅動設計、控制設計局部以及全局最佳化設計方法。本研究旨在揭示複雜機電系統的耦合本質和規律，建立集成設計理論與方法。
結題摘要
高檔數控工具機是一個典型的複雜機電系統，在高速高加速度運動過程中，機械、伺服和控制各部分特性隨不同運動參數表現出多維演變規律，而且各部分之間存在著複雜的機電耦合關係，對工具機的瞬態和穩態精度具有重要的影響。本項目提出多維頻譜特徵建模方法，揭示內部機電耦合的本質機理，形成綜合數控—伺服—機械系統—切削工藝的機電集成設計最佳化方法，為實現高檔數控工具機的高速高精運動提供理論依據和技術指導。 提出了一種多維頻譜特徵建模方法，利用變係數動力學方程，解析表征了各軸動態特性隨運動位置、速度、加速度變化的多維演變規律；提出多子系統經單自由度耦合的動力學建模方法，揭示了滾珠絲槓傳動機構中多個振動子系統在螺母處耦合的動力學回響特性；發現結構耦合軸之間的慣性力影響刀尖點的位移回響，表征了位移回響隨進給軸運動位置及運動狀態的變化規律；綜合考慮伺服驅動電路和電機結構非線性，解析表征了伺服輸出推力/力矩的頻譜特性以及多維演變規律； 發現旋轉電機力矩諧波對滾珠絲槓傳動系統具有自激勵作用，提出了一種進給方向位移波動的計算方法，解析表征了這種單向機電耦合過程；針對直線電機進給系統，建立了不同耦合方式下的機電耦合方程，揭示了耦合關係的本質機理，解析表達了耦合強度。針對耦合問題，提出了考慮非同位和變動態特性的智慧型控制策略和力矩/力諧波抑制補償策略，有效改善了諧波造成的穩態位移波動和不同工況下系統運動精度的一致性。 針對多軸聯動加工過程，提出了進給軸運動控制（數控-伺服-機械系統）與銑削過程的動力學集成建模方法，分析了工具機多軸聯動誤差、銑削過程誤差以及零件加工誤差之間的傳遞、耦合疊加關係與精度控制規律。揭示了切削過程對工具機聯動運動精度的影響規律，實現了柔性工藝系統多軸聯動加工過程的物理仿真，可進行加工誤差的準確預測與溯源。
