针对数控机床中控制误差对零件精度与表面质量的影响,探讨机床直线电机进给伺服系统的建模、参数辨识、评估与优化等关键问题。通过对永磁同步直线电机模型和进给伺服系统控制器进行建模,确立系统的基本框架。为了精准捕捉其动态特性,在参数辨识方面,采用卡尔曼滤波的辨识方法对伺服系统的质量、黏性阻尼系数及库仑摩擦力进行辨识,并将辨识参数代入系统模型,验证了卡尔曼滤波辨识结果的准确性。最后,为减小机床控制误差,针对进给伺服系统的评估与优化提出时域性能指标,并通过试凑法对进给伺服系统的控制进行参数优化,同时验证了优化参数的可靠性。

伺服系统以其高性能、高精度等优势被广泛应用于数控机床和机器人上。机床进给伺服系统中由于滚珠丝杠等传动装置刚度有限,柔性连接方式易引发振动而影响其稳定性与精度。针对旋转进给伺服系统中存在的中频振动,提出一种基于二阶状态观测器的速度扰动观测补偿中频振动抑制方法,由速度观测器观测出的速度与实际速度反馈相减,通过带通滤波提取振动信号,作为补偿给到速度反馈上,抵消系统振动,提高系统带宽并保持稳定性和精度。最后在不同的速度环增益下,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。