申请/专利权人：西安交通大学

申请日：2020-09-12

公开（公告）日：2021-01-08

公开（公告）号：CN112199821A

主分类号：G06F30/20(20200101)

分类号：G06F30/20(20200101);G06F30/17(20200101);G06F30/367(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.12.09#授权;2021.01.26#实质审查的生效;2021.01.08#公开

摘要：一种单轴滚珠丝杠进给系统运动特性的机电联合建模方法，先进行控制系统模块的等效建模，再进行PWM与逆变器模块的等效建模，然后进行伺服电机模块的等效建模，再进行机械系统模块的动力学等效建模，然后进行模型的集成；最后对机电集成模型进行离散化；本发明对滚珠丝杠进给系统中各环节进行详细建模与求解，实现滚珠丝杠进给系统从指令输入到工作台位移输出的全过程物理仿真。

主权项：1.一种单轴滚珠丝杠进给系统运动特性的机电联合建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1控制系统模块的等效建模：控制系统模块采用包含位置环、速度环和电流环的闭环控制方式，位置环控制器采用比例控制器，速度环、Q轴和D轴电流环控制器均采用比例-积分控制器；以数控系统输出的位移指令为输入，分别计算得到位置环、速度环、电流环的输入与输出值；步骤2PWM与逆变器模块的等效建模：基于SVPWM工作原理，根据控制系统模块输出的电压矢量幅值建模和相位，确定6个绝缘栅双极型晶体管IGBT的通断状态、通断时间以及施加在电机定子绕组上的三相电压值；步骤3伺服电机模块的等效建模：根据电机内部的电—磁—力—运动之间的耦合关系，分别对电学物理量定子三相电流、定子三相反电动势、D轴与Q轴电流；磁场物理量转子磁动势、定子磁动势、合成磁动势；力学物理量电机输出扭矩、扭矩角；以及运动学物理量工作台实际位移、速度、加速度、电机转子位移、速度进行计算；步骤4机械系统模块的动力学等效建模：分别对滚珠丝杠进给系统机械结构所包含的电机转子21、工作台22、滑块23、导轨24、轴承25、螺母26、丝杠27和联轴器28的进行等效，由牛顿—欧拉方程得到机械系统的动力学方程并进一步将其转换为状态空间表示形式，用Stribeck模型对机械系统摩擦力进行表征；步骤5模型集成：将控制系统模块的输出作为PWM与逆变器模块的输入，将PWM与逆变器模块的输出作为伺服电机模块的输入，将伺服电机模块输出的D、Q轴电流反馈到控制系统模块，其输出的电机扭矩作为机械系统模块的输入，机械系统模块输出各运动部件的运动状态物理量，并将工作台位移和电机转子的速度反馈到控制系统模块，将电机转子的电角度反馈到控制系统模块和伺服电机模块；控制系统模块、PWM与逆变器模块、伺服电机模块和机械系统模块集成为一个机电集成模型；步骤6对机电集成模型进行离散化：将连续的时间离散成等间隔的时间步，将机电集成模型中关于时间的连续变量用当前仿真时刻对应的值进行代替，并将机电集成模型中所有的微分方程转化为差分方程，将状态空间的连续形式转化为离散形式。

全文数据：

权利要求：

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