专利名称：一种快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法
技术领域：
本发明主要涉及刀具加工的控制领域，特指一种适用于快速刀具伺服系统中幅值衰减和相位延迟的修正方法。
背景技术：
快速刀具伺服系统一般用于复杂面形或微结构零件的精密、超精密车削加工，它是指加工过程中伺服控制的金刚石刀具产生高频响、小范围的z向精密进刀运动，通过快速跟踪零件表面在加工点(X，Θ)处的高度，以柱面坐标(X，Θ，z)形式实现复杂面形或微结构零件的精密高效车削加工，如
图1所示。快速刀具伺服系统的加工精度和应用范围受到动态性能的限制，机械运动部件和电路驱动环节会导致快速刀具伺服系统的输出位移在幅值上存在裳减、在响应时间上存在延迟，致使金刚石刀具的跟踪运动存在误差(如图2所示)；并且随着金刚石刀具的运动频率升高，幅值衰减和相位延迟也会增加，使加工出来的复杂面形或微结构零件面形误差明显增大，常常达不到使用要求。为了控制或降低幅值衰减、相位延迟所造成的快速刀具伺服系统加工误差，常用的解决方法有:1、减小快速刀具伺服系统的运动质量以及电路驱动环节的时间常数，这种方法在一定程度上能够控制幅值衰减和相位延迟；但由于复杂面形零件加工过程中要求快速刀具伺服系统具有较大的动态刚度、驱动力和固有频率，以保证加工精度、表面粗糙度等指标要求，因此这种方法对相位延迟和幅值衰减的改善程度有限，同时还会限制快速刀具伺服系统的应用范围。2、减小快速刀具伺服系统输出位移的幅值，这种情况下快速刀具伺服系统只能够加工表面形貌比较浅的零件。3、用于加工形貌单一、面形平缓的零件，由于零件表面形貌简单，加工过程中快速刀具伺服系统作跟踪运动的频率比较低，幅值衰减和相位延迟比较小，在一定范围内能够满足加工要求。4、基于线性相位延迟方法加工正弦形貌类零件，快速刀具伺服系统产生的线性相位延迟与输入的正弦信号相比，只是在相位上延迟了一个固定时间，对加工面形没有影响；但是它的工作频率比较低，需要对运动质量和电路时间常数进行合理搭配，而且还应对幅值衰减进行补偿。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种求解过程简单、修正结果精确可靠、能够提高复杂面形或微结构零件加工精度的快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法，具体流程为:(I)通过数学建模和扫频试验，得到快速刀具伺服系统的传递函数；建立平衡方程，进行Laplace变换后，得到快速刀具伺服系统的理论传递函数；对快速刀具伺服系统输入一定幅值、从OHz至最高工作频率的正弦扫频信号，通过响应曲线的精度匹配和模型参数辨识，得到快速刀具伺服系统的实际传递函数G (s)；(2)求解快速刀具伺服系统的幅频特性函数和相频特性函数；针对快速刀具伺服系统的实际传递函数G(S)，令s = j ω，将其转换为幅值和相位的表达式
权利要求
1.一种快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法，其特征在于，具体流程为: (1)通过数学建模和扫频试验，得到快速刀具伺服系统的传递函数； 建立平衡方程，进行Laplace变换后，得到快速刀具伺服系统的理论传递函数；对快速刀具伺服系统输入一定幅值、从OHz至最高工作频率的正弦扫频信号，通过响应曲线的精度匹配和模型参数辨识，得到快速刀具伺服系统的实际传递函数G (S)； (2)求解快速刀具伺服系统的幅频特性函数和相频特性函数； 针对快速刀具伺服系统的实际传递函数G(S)，令s = j ω，将其转换为幅值和相位的表达式
2.根据权利要求1所述的快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法，其特征在于，根据步骤(3)生成快速刀具伺服系统的输入信号，即根据待加工零件加工面形的特点和工艺条件，生成快速刀具伺服系统的理论输入信号，理论输入信号通过设计的前馈控制器后，生成快速刀具伺服系统的实际输入信号。
3.根据权利要求2所述的快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法，其特征在于，将得到的加工面形的实际输入信号输入到快速刀具伺服系统中，通过与加工设备的数控运动相配合，完成待加工零件的精密加工。
全文摘要
本发明公开了一种快速刀具伺服系统幅值衰减和相位延迟的修正方法，具体流程为(1)通过数学建模和扫频试验，得到快速刀具伺服系统的传递函数；(2)求解快速刀具伺服系统的幅频特性函数和相频特性函数；(3)基于预期迭代学习控制算法，设计快速刀具伺服系统的前馈控制器；根据预期迭代学习控制算法的相频特性要求，设计前馈控制器的超前步长m；根据预期迭代学习控制算法的幅频特性要求，设计前馈控制器的超前增益γ，然后在一定的迭代次数下，修正快速刀具伺服系统输出位移的幅值衰减和相位延迟。本发明求解过程简单、修正结果精确可靠、能够提高复杂面形或微结构零件的加工精度。
文档编号G05B19/404GK103116314SQ20131004539
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者李圣怡, 戴一帆, 王贵林, 石峰, 陈善勇, 杨帆 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学