基于扭矩测量的交流伺服工作台摩擦建模与仿真研究

在现代机械加工系统中，精确控制运动部件的位置是至关重要的。摩擦力作为一个非线性因素，在机械系统运动过程中起着关键作用。特别是对于需要极高定位精度和良好低速性能的精密加工、超精密加工以及纳米加工等技术，摩擦力的存在可能导致位置误差、极限环现象以及爬行等问题，这些都会大幅降低系统性能。 在本文中，作者张涛、路长厚和李泉针对XY交流伺服工作台的摩擦问题进行了深入研究。研究的目标是通过扭矩测量来建模和仿真，以解决摩擦力对工作台定位精度的影响。文章中详细描述了如何设计新型的应变式扭矩传感器来替代传统的碳刷—集流环式扭矩传感器，并利用这种新型传感器来间接测量交流伺服电机的传递扭矩信号，从而获得系统中的摩擦力矩数据。 为了解决传统扭矩测量方法中存在的问题，比如碳刷磨损和振动影响测量信号准确性等问题，作者采用了改进的试验方案。这种方案采用了应变型转矩测量方法，即转矩信号是基于电阻应变片的电阻值随应变的变化而变化。这种方法能够更准确地反映传递扭矩信号，因为通过电阻应变片的电阻值变化来测量扭矩信号，避免了传统方法中碳刷与集流环之间相对运动导致的接触电阻变化问题。 在研究中，作者还进行了动力学分析，并建立了动力学方程，为建模提供了数学基础。通过实验数据的辨识，本文对Stribeck摩擦模型的参数进行了辨识，从而得出了XY工作台的带参数摩擦模型。Stribeck模型是一种描述摩擦随速度变化的模型，它不仅包括静摩擦和动摩擦，还包括由于摩擦力随速度变化而产生的过渡摩擦现象。 在研究的最后阶段，作者根据实验数据和动力学方程建立了XY交流伺服工作台的仿真模型，并通过仿真实验验证了实验方案的可行性。仿真结果表明，文章中所提出的方法和模型能够有效地对交流伺服工作台的摩擦问题进行补偿，并且有助于提高系统的定位精度。 摩擦模型的建立对于理解摩擦现象以及进行摩擦控制补偿技术的研究至关重要。本文中建立的带参数摩擦模型是基于摩擦力矩数据的，能够反映系统的微观动态特性，为精密运动控制提供了必要的数学描述。随着计算机技术和微处理器技术的高速发展，摩擦控制补偿技术已经成为工业运动控制领域的热点问题。 本文为理解交流伺服工作台摩擦问题提供了新的研究方法，并为高精度机械加工系统中摩擦建模和补偿提供了重要的理论支持。通过扭矩测量方法的设计和应用，本文推动了摩擦控制技术的发展，并有望对相关领域产生积极的影响。