高速ナノサーボ機構を用いたハイブリッド加工制御システムに関する研究

基于高速纳米伺服机构的混合加工控制系统研究

基本信息

批准号：
10J01761
负责人：
藤田智哉
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は,位置制御と圧力制御のハイブリッド制御を行い,高い形状精度と良好な表面粗さを持つ微細形状を創成するために,必要な加工機の送り系の開発を行う事である.まず,ボールねじ駆動の送り系に,圧電アクチュエータ駆動の高速ナノサーボ機構を組み込んだ加工システムを開発する.この加工システムを用いて,位置制御と圧力制御のハイブリッド制御を行う.次に,リニアモータ駆動の加工機を設計・製作し,同様のアプリケーションの適用可能性を調査する.前年度までに圧電アクチュエータ駆動の高速ナノサーボ機構を組み込んだ加工システムを開発した.しかし,市販のCNC加工機を用いて圧電アクチュエータを駆動するためには,PWMアンプとリニアアンプを実装したCNC加工機を開発する必要があるという問題があった.また,圧電アクチュエータは,湿気によって性質が劣化する問題があった.これらの問題を解決するため,高応答なリニアモータ駆動送り系からなら加工機を開発した.しかし,送り系に生じる摩擦の影響によって運動精度が低下するため,送り系に必要な0.1μmの運動精度を実現することができなかった.本年度は,フィードフォワード制御を用いて摩擦力の補正を試みた.フィードフォワード制御に用いる摩擦モデルを構築するために,摩擦力の特性の解析を行った.解析の成果より,速度と加速度の影響によって変化する摩擦力の特性を明らかにした.また,摩擦とテーブル位置の移動量の関係が示すヒステリシスループを接触面のすべり速度を考慮した移動マルチブラシモデルを用いて説明した.このモデルを用いる事で接触面の微小変位領域から大変位領域までの摩擦特性の示す定常特性と過渡特性を摩擦力の変化率と定常値,すべり速度分布の3つのパラメータで表現することが可能となった.このモデルを用いて摩擦補正を行い,数1000mm/minの高速円弧補間運動を行った場合に生じる運動誤差を従来の5分の1程度である最大1μmに抑えることが可能となった

这项研究的目的是对位置控制和压力控制进行混合控制，并为机器开发必要的进料系统，以创建具有较高形状精度和良好表面粗糙度的精细形状。首先，我们将开发一个加工系统，该加工系统结合了由压电执行器驱动的高速纳米武机制，进入由球螺钉驱动的进料系统。该加工系统用于对位置控制和压力控制进行混合控制。接下来，我们将设计和制造由线性电动机驱动的机器，并应用相同的应用程序。调查可能性。在上一年，开发了一个加工系统，该系统结合了由压电执行器驱动的高速纳米武机制。但是，为了使用市售的CNC加工机驾驶压电执行器，有必要开发CNC加工机，该机器结合了PWM放大器和线性放大器。此外，压电执行器存在一个问题，其中压电执行器的性质由于水分而恶化。为了解决这些问题，使用高度响应的线性电动机驱动进料系统开发了加工机。但是，由于产生的摩擦在进料系统上的影响，不可能进行进料系统所需的0.1μM运动精度。今年，我们试图使用前馈控制纠正摩擦力。为了构建用于进食控制的摩擦模型，我们分析了摩擦力的特征。从分析的结果来看，我们阐明了由于速度和加速度的影响而导致的摩擦力特征。此外，显示了表位置的摩擦和运动量的滞后。使用移动的多刷模型来解释该模型，该模型考虑了接触表面的滑动速度。使用此模型，可以使用三个参数来表达从小位移区域到接触表面大型区域的摩擦特性的稳定和瞬态特性：摩擦的变化速率，稳定值和滑移速度分布。使用此模型，进行摩擦校正，并在高速圆形插值运动减小到最大1μm时发生的运动误差，这是常规模型的五分之一。