铣削过程多源扰动影响下直线电机推力电流频谱特性分析

权力，赵万华

(1.西安交通大学机械工程学院，710049，西安；2,西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，710049，西安)

随着航空航天、医疗设备等行业对高速高精加工需求的日益增长,直驱进给系统在机床行业得到了越来越广泛的应用,直线电机驱动已成为机床驱动新趋势[1]。2011年,中国机械工程学会将直线电机的控制理论和控制技术列入高速精密切削加工关键技术[2],高速、精密直驱技术已经是高档数控机床的重要发展方向。

与传统旋转电机加滚珠丝杠传动形式相比,直线电机进给系统取消了所有中间传动机构,具有高速、高加速度及高定位精度等优点。但是,由于直线电机进给系统取消了所有传动机构,外界负载和干扰的变化直接作用于电机动子,增加了伺服系统的控制难度[3]。针对直线电机进给系统控制方法,国内外学者已经提出了基于两自由度PID[4]、基于模型自适应控制[5]、无模型自适应控制[6]等多种控制策略。特别是,当直线电机进给系统应用于金属切削机床上时,切削过程引入的切削力等多种干扰成分具有幅值高、非线性、时变和参变等特性,会大大增加直线电机进给系统的控制难度。针对这一问题,国外学者已有诸多研究。1996年,Alter等提出了一种基于H∞的最优控制算法,并应用于直线电机进给系统,将系统动刚度提高了46%[7]。1999年,Choi等提出了一种针对多输入多输出系统的鲁棒控制算法,并在二维直线电机进给系统上进行了验证,相较传统PID控制,有效地提高了切削过程中的运动精度[8]。……