第9期 2016年9月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)09009104
DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.09.026
直线运动机构电动加载测试
系统建模及仿真分析
葛邵鹏程，范元勋
（南京理工大学机械工程学院，南京210094）
No.9 Sep.2016
摘要：设计了一种新的直线运动机构电动加载测试结构，该结构通过滚球丝杆副将电机的旋运动转换为直线运动，可以直接对直线运动机构进行力加载。分析建立了该系统数学模型并给出了可靠的控制方程。系统采用了基于结构不变性原理进行前馈补偿和通过PID进行反馈控制的复合加载控制策略，对因跟随直线机构运动而产生的多余力矩进行抑制。经仿真验证抑制效果明显，完全符合低频情况下的加载测试要求，具有较高的工程参考价值。
关键词：电动加载；直线运动机构；复合加载控制策略；多余力矩抑制
中图分类号：TH166;TC68
文献标识码：A
Modeling and Simulation of Electromotive Load and Test System for Linear Structure
GE Shao-peng-cheng, FAN Yuan-xun
(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China) Abstract: A new kind of electromotive load and test system for linear structure is designed, this structure turns rotory motion into linear motion through ball screw pair, then a linear load can be achieved on the line-ar structure directly. The mathematical modeling of the system and a reliable control equation are given. The system adopt a complex control strategy which contains feed forward basing structure-invariable theory and PID control so that the system can restrain the extraneous torque caused by the motion of linear structure. It shows a great effect of restraining and satisfies the needs of the system after simulation test,so it has a high reference value for engineering.
Key words: electromotive load; linear structure; complex control strategy; extra torque suppression
0引言
直线运动机构电动加载测试系统是按照直线运动机构实际工况对其进行加载以及动、静性能指标测试的综合试验系统。根据实际载荷变化规律对直线运动机构进行模拟加载以及仿真，对于了解直线运动机构的工作特性、力学特性，考核其在实际工作条件下是否可靠，判定其性能能否达到实际工况的需要，具有十分重要的作用。
本篇设计了一种以滚珠丝杆副作为转换机构的电动加载测试方案，并建立了控制系统模型。考虑到在加载过程中，加载系统要不断跟随直线运动机构的运动，因此该系统属被动加载测试系统，多余力矩的干扰是显然存在，不可避免的。文中采用了基于结构不变性原理进行前馈补偿和通过PID进行反馈控制的复合加载控制策略12)，对多余力矩尽量避免和抑制，获得了较为理想的加载效果。
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加载测试系统工作原理
该加载测试系统主要结构由伺服电机、滚珠丝杠副、导轨滑块、转矩转速传感器、拉压力传感器、光栅尺、连接套筒等组成，机械结构部分和工作原理图分别如图1、图2所示。
加载测试系统的工作原理如下[3]：
(1)工控机设定加载模式及加载力，经D/A转换、信号调理电路调理后输出电压控制信号，通过驱动器控制伺服电机运转；
(2)伺服电机经转矩转速传感器将输出扭矩传递给滚珠丝杆副，并将旋转运动转化为直线运动，既将旋转的加载扭矩转化为直线的加载力，推动着连接套筒沿着导轨直线运动，从而实现对直线运动机构的力加载。直线运动机构与连接套简是通过拉压力传感器及其专用的连接关节连接。
收稿日期：201509-24
作者介：基部弱程（1990—），男，江苏南通人，南京理工大学硕士研究生，研究方向为机械设计及理论，（E-mail）gpe199012@163.com。万方数据