典型数控伺服进给系统的机电耦合数学模型的建立与研究

    摘 要：数控伺服进给系统是一典型的机电一体化系统，多数研究人员对数控伺服进给系统的性能指标研究时，仅限制在机械系统或电气系统对整个系统性能的影响，使数控伺服进给系统的稳定性，快速性，准确性没有重大突破.因此，要想大大提高数控伺服进给系统的稳、快、准这三项性能指标，就必须研究机械系统和电气系统两者之间参数相互耦合的关系.本文以典型的数控伺服进给系统为分析研究对象，在分析数控伺服进给系统的机电耦合关系的基础上，探索性地建立了数控伺服进给系统的机电耦合状态空间模型
　　关键词：数控伺服进给系统 机电耦合 数学模型
　　数控伺服进给系统集机械，电气，自动控制和计算机技术于一体，是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，且机械参数和电气参数之间存在着较强的机电耦合关系，这两种参数之间的相互耦合对数控伺服进给系统的稳，快，准的性能指标影响很大，为了进一步研究提高数控伺服进给系统的性能控制算法.因此，本文以典型数控伺服进给系统为研究对象，建立了数控伺服进给系统的机电耦合数学模型，为数控伺服进给系统的输入输出的完全解耦控制和仿真分析奠定了基础.
　　一、典型数控伺服进给系统机电耦合模型分析
　　图1所示为数控伺服进给系统组成原理，它输入是接收运动控制指令，输出是进给执行机构的位置角位移或直线位移。
　　图1 数控闭环伺服进给系统组成原理图
　　由于实际伺服进给系统都是很复杂的，组成系统的各环节都具有非线性、时变性及机电耦合等关系。为了数控伺服进给系统建立模型的方便，需要对伺服进给系统进行适当的结构模型简化。对图1所示的数控闭环伺服进给系统进行简化，可以得到图2所示的伺服进给系统简化模型。
　　图2 伺服进给系统简化模型图
　　二、数控伺服进给系统机电耦合数学模型的建立
　　结合机械传动机构和电气传动机构的机电联系，把电气传动机构的输出 作为机械传动机构的输入，使两部分通过 连接起来，然后把工作台实际输出位移 作为位置环的反馈信号与输入指令
　　比较形成偏差 。最后得到如图3所示的以 为输入，
　　为输出的数控伺服进给系统框图。
　　图3 数控伺服进给系统框图
　　综上所述，如图3所示的闭环伺服进给系统，在位置指令 和干扰负载 的作用下，全闭环时的位置输出为
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