第12期 2017年12月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)12005405
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2017.12.013
基于三惯量模型的柔性进给系统建模及仿真
骆飞1,3，李学伟1,2，高军1彭庆梁
No.12 Dec.2017
（1.山东理工大学机械工程学院，山东淄博255000：2.西安瑞特快速制造工程研究有限公司，西安 710054；3.泰山学院机械与工程学院，山东泰安271000;4.淄博市规划设计研究院，山东淄博255000）
摘要：针对柔性进给系统速度环控制参数难以精确整定的问题，文章通过建立机床柔性进给系统的三惯量模型，采用根轨迹法和统计分析法对速度环进行了PI参数整定，并根据最短调整时间确定了速度环控制参数与柔性机械传动系统特征参数之间的关系式。仿真实验表明，该方法能够简单有效的通过机械传动系统惯量比和前两阶固有频率得到准确的控制参数，并获得快速、稳定的系统响应特性：依据该方法整定的系统响应比频域法更快速；与根轨迹法整定结果相近，但该方法的计算过程
比根轨迹法简单的多，更适用于实时在线辨识和整定。关键词：柔性进给系统：参数正定；三惯量模型
中图分类号：TH128；TG506
文献标识码：A
Simulation of Flexible Feed System Based on Three Inertia Model
LUO Feil-3, LI Xue-weil-2, GAO Jun', PENG Qing-liang
(1. School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo Shandong 255049, China ; 2 Ruite Engineering Research Center of Rapid Manufacturing, Xi'an 710054, China)
Abstract : Aiming at the problem that the control parameters of flexible feed system is difficult to determine, a new method is proposed in this paper. In this method, the flexible feed system of machine tool is modeled based on three inertia model, and the PI parameters for velocity loop are determined using root locus tech-nique and statistical analysis method. The corresponding relation between the control parameters and the characteristic parameters of flexible mechanical transmission system is derived. The simulation results show that: the method can be used to obtain the accurate control parameters through the inertia ratio of the me chanical transmission system and the first two natural frequencies quickly and effectively and fast and stable response characteristics of the system are obtained; The system response based on the method proposed in this paper is more rapid than the frequency domain method; The calculation process is more simple than u-
sing root locus method, and the method is more suitable for real-time online identification and tuning. Key words: flexible feed system;parameter tuning; three inertia model
引言 0
随着人们对数控加工速度、精度需求的日益提高，进给系统的动态特性对数控加工精度的影响日趋突出。目前，数控机床进给系统普遍由机械传动环节和三环控制环节两大部分组成，机械传动环节的动态特性和控制参数共同决定了进给系统的动态特性，而控制参数的确定则取决于机械传动环节的动态特性。因此研究机械传动环节的动态特性对进给系统的结构设计及优化、控制参数整定及进给系统的精确运动控制具有重大的指导意义。
研究表明，传动系统的刚度薄弱环节是造成进给系统震荡、影响系统响应速度的最主要因素！。不同机械传动系统的薄弱环节造成的谐振频率分布各不相同，高阶频率由于被滤波器滤除，因此影响系统振荡的
收稿日期：2017-03-06修回日期：2017-03-15*基金项目：国家自然科学青年基金（51505265）
主要是低阶固有频率。很多学者在研究机床频率特征的过程中对第一阶固有频率进行分析，也就是将最薄弱环节作为研究对象，并将机械传动环节简化为单惯量或者双惯量模型：王永强[2]以单惯量二阶系统为参考模型，提出基于Lyapunov稳定性理论建立模型参考自适应系统；王磊3提出了一种进给系统动力学模型，分析了系统的第一阶固有频率对机械此图动态响应的影响；李学伟4将进给系统简化为双惯量模型，并将联轴器作为传动系统中刚度最小的环节，通过分析得到影响系统控制参数和性能的因素。
PID控制算法是迄今为止最为通用的控制策略[8-13]，目前可以分为两大类：基于模型的方法和基于规则的方法。陈鹏展3通过对一阶惯性加滞后模型的控制参数进行寻优，获得可以应用于一阶惯性加滞后被控对象的最优整定公式；为了得到更精确的系统模
作者简务务数播8—），男，山东济宁人，山东理工大学硕士研究生，研究方向为机电集成及运动控制，（E-mail）372635165@qg.cm；通讯作
署：攀伟（1981一），男，山东临胸县人，山东理工大学讲师，西安瑞特快速制造工程研究有限公司博士后，博士，研究方向为机电集成