第6期 2016年6月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)06000503
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2016.06.002
直接驱动数控转台抗负载扰动研究
暨利勇，沈建新
（南京航空航天大学机电学院，南京
210016）
No.6 Jun.2016
摘要：针对力矩电机易受参数扰动和外界干扰影响的特点，利用基于负载转矩观测器的前馈补偿方法提高直接驱动数控转台的抗负载扰动能力。所设计的降阶负载转矩观测器采用电机转角代替电机转速作为输入，输出中的转速观测值还可用作速度环反馈信号，因而避免了由转角微分求转速可能引入的高频噪音。仿真结果表明，相较于常规PI控制，所提出的控制策略具有更好的鲁棒性，能够显著提高转台的抗负载扰动能力。
关键词：数控转台；直接驱动；抗负载扰动；负载转矩观测器
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Research on Anti-Load Disturbance of Direct Drive Numerical Control Rotary Table
JI Li-yong,SHEN Jian-xin
( College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , Nan-jing 210016, China)
Abstract: A feed-forward compensation method based on load torque observer was proposed to improve the anti-load disturbance ability of direct drive NC rotary tables.The reduced-order load torque observer uses motor rotation instead of motor speed as input, hence avoids the introduction of differential mutation. Simu-lation results based on Simulink showed that the proposed controller has no overshoot, faster response and better anti-load disturbance ability compared with traditional PI controller.
Key words: numerical control rotary table; direct drive; anti-load disturbance; load torque observer
0引言
数控转台是各类四轴及四轴以上数控机床的关键配套功能部件，其性能优劣和技术水平高低直接影响着数控机床整机的加工性能和发展水平。直接驱动数控转台取消了从电机到台面之间的一切中间传动环节，将转台旋转部分直接与环形永磁力矩电机转子刚性固联，从而消除了中间传动机构带来的摩擦磨损、弹性变形和反向间隙等对系统精度和控制性能的影响，具有结构简单、加速度大、响应速度快以及定位精度高等优点，代表了数控转台未来的发展方向。但由于直接驱动技术完全用“电"来代替原来的机械传动环节，因此数控转台伺服系统对参数不确定性及负载扰动更为敏感，其稳定性和鲁棒性大大降低"）。
目前，电机调速系统中普遍采用的PI控制虽然具有算法简单、可靠性高及调速方便等优点，但在外界扰动过大或电机内部参数发生变化时，难以满足精确的定位及调速要求(2)。因此，针对直接驱动数控转台的
特点，尝试采用基于负载转矩观测器的前馈补偿方法提高其抗负载扰动能力。
力矩电机的数学模型
力矩电机本质上是一种大力矩的三相永磁同步电机。与普通永磁同步电机相比，它在结构上具有以下特点：①长径比小，轴向长度短；②极对数多，转子上安排有大量永磁体以提供大转矩[3]。
假设气隙磁场正弦分布、磁路不饱和，并忽略铁心涡流与磁滞损耗，可得力矩电机在d-g旋转坐标系下的数学模型（电压方程、电磁转矩方程、机械运动方程)(46]，
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收稿日期：2015-07-18
*基金项目："高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项（2014ZX04001071）
(1)(2)(3)(4)
作者简介：暨利勇（1988一），男，南京航空航天大学硕士研究生，研究方向为数控转台，（E-mail)jliyong@foxmail.com；沈建新（1969—），男，南京
航空航天大学教投，博导，研究方向为数字化设计制造技术、飞机柔性装配技术、可重构工装设计技术与数字化医疗装备技术，(E mail) cadatc@ nuaa. edu. cn。
万方数据