机床伺服进给系统精细化摩擦建模与补偿技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705289
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

With the development of precision and ultra-precision machining technology, China's demand for high-end CNC machine tools is increasing, and its positioning accuracy and other performance requirements are increasingly stringent. Nonlinear friction is the main factor affecting the positioning accuracy of CNC machine tools. Friction compensation control has become the main technology to improve the positioning accuracy of CNC machine tools. At present, the integrated friction model is widely used in friction compensation control, which does not take into account the difference between the ball screw and the linear guide friction model, and does not establish the association between the weight change of the workpiece and the friction parameter. The friction compensation effect is seriously affected. This paper starts from the analysis of the friction mechanism between the ball screw and the linear guide, and the difference of friction characteristics of each component are taken into account. The friction parameter of the ball screw and the linear guide are respectively identified, and establish the fine friction model of the servo feed system. Considering the effect of load on the friction parameters, the load estimator is designed to estimate the load of the table and construct the friction observer with load estimator. And this paper will propose a composite friction compensation strategy integrating friction Observer, Extended State Observer and High - order Sliding Mode Control. The research of this project will provide the theoretical basis and technical support for the fine friction modeling and compensation of high precision CNC machine tools.
随着精密与超精密加工技术的发展,我国对高档数控机床的需求日益增大,对其定位精度等性能要求也日益严格。非线性摩擦是影响数控机床定位精度的主要因素,摩擦补偿控制已经成为提高数控机床定位精度的主要技术。目前摩擦补偿广为采用的是将伺服进给系统作为整体进行集中辨识的集成摩擦模型,该模型并未考虑滚珠丝杠与直线导轨摩擦模型的差异,且未建立工件重量变化与摩擦参数的关联,严重影响了摩擦补偿效果。本项目从分析滚珠丝杠与直线导轨产生摩擦的机理入手,计入各组件摩擦特性的差异,对滚珠丝杠与直线导轨分别进行摩擦参数辨识,建立伺服进给系统的精细化摩擦模型;考虑负载对摩擦参数的影响,设计负载估计器对工作台负载进行实时估计,构建含有负载估计器的摩擦观测器;提出集成摩擦观测器、扩张状态观测器和高阶滑模控制器的复合摩擦补偿策略。本项目的研究将为高档精密数控机床的精细化摩擦建模与补偿提供理论基础和技术支撑。

结项摘要

随着精密与超精密加工技术的发展,我国对高档数控机床的需求日益增大,对其定位精度等性能要求也日益严格。非线性摩擦是影响数控机床定位精度的主要因素,摩擦补偿控制已经成为提高数控机床定位精度的主要技术。目前摩擦补偿广为采用的是将伺服进给系统作为整体进行集中辨识的集成摩擦模型,该模型并未考虑滚珠丝杠与直线导轨摩擦模型的差异,且未建立工件重量变化与摩擦参数的关联,严重影响了摩擦补偿效果。本项目从分析常规的滚珠丝杠与直线导轨产生摩擦的机理入手,计入各组件摩擦特性的差异,对滚珠丝杠与直线导轨分别进行摩擦参数辨识,建立常规滚珠丝杠伺服进给系统的精细化摩擦模型;考虑负载对摩擦参数的影响,设计负载估计器对工作台负载进行实时估计,构建含有负载估计器的摩擦观测器;提出集成摩擦观测器、扩张状态观测器和高阶滑模控制器的复合摩擦补偿策略;突破传统滚珠丝杠进给系统的局限,基于螺母驱动型滚珠丝杠,提出宏宏双驱动进给系统,提出了不使用力传感器的精细化摩擦辨识方法与摩擦补偿控制策略;考虑丝杠-滚珠-螺母摩擦生热效应,基于神经网络建立了宏宏双驱动进给系统的热误差补偿模型。本项目汇总的研究成果专著《微纳运动实现技术》编入了丁汉院士牵头的《智能制造与机器人理论及技术研究丛书》,使用本项目的研究为高档精密数控机床的精细化摩擦建模与补偿提供理论基础和技术支撑,本项目发表的论文与申请的发明专利对滚珠丝杠伺服进给系统的设计具有重要的参考价值。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Modeling, identification and analysis of a novel two-axis differential micro-feed system
新型两轴差动微进给系统的建模、辨识与分析
  • DOI:
    10.1016/j.precisioneng.2017.06.005
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Precision Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜付鑫;李沛刚;王兆国;岳明君;冯显英
  • 通讯作者:
    冯显英
基于有限元的双轴差速系统实验台模态分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    实验室研究与探索
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜付鑫;李慧;冯显英;李沛刚;岳明君
  • 通讯作者:
    岳明君
A review on vibration analysis and control of machine tool feed drive systems
机床进给驱动系统振动分析与控制综述
  • DOI:
    10.1007/s00170-020-05041-2
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨浩锦;王子豪;张涛;杜付鑫
  • 通讯作者:
    杜付鑫
基于 BP 神经网络的机床热误差建模与分析
  • DOI:
    10.13462/j.cnki.mmtamt.2019.08.012
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    辛宗霈;冯显英;杜付鑫;李 慧;李沛刚
  • 通讯作者:
    李沛刚
Dynamic modeling and analysis of the nut-direct drive system
螺母直驱系统动力学建模与分析
  • DOI:
    10.1177/1687814018810656
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Advances in Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    王兆国;冯显英;李沛刚;杜付鑫
  • 通讯作者:
    杜付鑫

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其他文献

一种新型双轴差速式微量进给系统的建模与分析
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜付鑫;冯显英;李沛刚;岳明君;王兆国
  • 通讯作者:
    王兆国
基于改进差分进化算法的伺服驱动系统摩擦参数辨识研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    组合机床与自动化加工技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张明扬;冯显英;李沛刚;岳明君;杜付鑫
  • 通讯作者:
    杜付鑫

其他文献

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面向经鼻颅底手术的微型复合连续体机器人研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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