也会使电动机转矩发牛频率与转速成正比的力珩波动；而系统的负载变化润滑程度等诸多因素，会引起电动机轴上转矩动静摩擦；较大范内的变化；尤其是零件加工过程中，切削力的影响，造成了负载力矩波动，这些扰动力矩限制了零件加工精度的提高。因此，如何补偿超精密机床伺服系统中的这些扰动力矩以及系统的参数波动，足进步提高系统精没的决定性因素。为消除各种扰动力矩的影响，我们设计了扰动观测器，并使用前馈控制实现扰动力矩的动态补偿。
1系统的组成超粘密机床何服进给系统由交流伺服电动机滚珠丝杠实观位置伺服进给，山权频激光下涉仪实现位置检测，采用空气静压导轨和气浮工作台降低传动过程中摩擦力的影响，艿系统结构如阁。
工作台，光千，仪对于所使用的交流伺服驱动单元采用了速度环外环与电流环内环的双闭环调速结构，速度环和电流环采用了型调节器由于电流环时间常数足够小，可将其简化成比例环节，火7代力矩常数。则超精国家自然科学基金资助项目59835180，密机床伺服系统动态模型2，阁2中。力矩常数尺1为16，速度调节器比例系数尺为321；测速机比例系数。为796，以8；滚珠丝杜传动系数。为0.8沉1负找转动惯量。，= 2.3214812；代激光干涉仪的电路放大倍数，由激光干涉仪的测量电路频响高，将其作为比例环节，为为速度输入倍1；为位置输倍14；代工作台位置输出为位置误差信号；为位置控制器；3代系统的扰动力矩，主要包括摩擦转矩负载转矩以及屯动机波动力矩等2扰动补偿前馈控制器的设计由2可以获得开环系统动力学厅程为LJCvKTU，=变量。负载转动惯量如和滚珠丝杠传动系数等邡可能因为工作条件的变化和机械结构的不对称性现为时间的函数。记义和为实际仇，和，为矣数扰动值，有即扰动力矩和参数货化起的等价扰动力方程为将式2代入式3扣到和扰动力矩的作1之和，等右边为已知参量和可测参量，因此式4可作为扰动观测方程，对系统中的不确定因素进实时的测故，这样。就可以将所观测到系统中实际存在的扰动力矩。由于方程4中引入了位移的阶和阶微分信号，这样中不仅包含有用信号，还包含微分作用对高频噪声的放大信号，因此利用犷作为前馈输入信号时，必须加入个低通滤波器，以滤除高频信号。为保证反馈回路为真的有理分式。本文0取为阶振涔环节，其通，包所有扰动信号的频率范锾乙⑴的达式为和叫的具体参数值将在实际系统中调试获得，应大于所有扰动信号的频率。则加入扰动前馈补偿后3反馈控制器的设计本系统为型系统，7寸这类控制系统的设计般归结为如何将系统设计成宽带宽高刚度伺服系统，以保证系统较快的响应速度和较强的抗扰能力木系统反馈控制器3.采用了1的形为无穷人，所以系统，以宵效地抑制电动机轴上阶跃干扰力矩的影响。但对于时变干扰力矩，只有设计出较；！的增益系数欠，才能实现对其有效的抑制山于受到噪声和系统中未建模动态特性的限制，设计高，益系统难度很人。迎过扰动前馈控制补偿系统中的干扰力矩，可以保证系统具有良好的干扰抑制性能。这样，反馈控制器的设计只需保证系统的稳定性和动态特性，而对系统增益不做过多的要求。系统较好的阻尼特性可通过调整参数而获得。当选择适当时，可使系统获得良好的动态指标。考虑到系统的响应速度噪声误差和未建模动态特性的影响，本系统的带宽设计为出，*后可确定反馈控制器为u，明德，1另外，由于电动机驱动器的输入信号范围限制为±6，为防止反馈控制器较大的控制作用引起驱动器中功率放大器的输出饱和，对积分控制作用引入了反馈问路。整个反馈控制器的结构4所小。其中饱和非线性环节的线性部分比例系数为1.
通过限制聊的输出在和之间，当间时，5为零，积分项中的反馈回路不起作用，而当7.火于或小于出1时，己。输1不为零。迎过积分项调整的输出到和之间。
迪过双线性变换法。令5=.将木节设计的反馈控制器，和节设汁的扰动补偿前馈拧制器数字化实现其中7为采样周期，本文，为514实验结果为验证所设计的控制器的有效性，将数字化实现后的反馈和扰动前馈补偿控制器分别应，也加1型超精密机床伺服系统中，该机床采用美国，3也公司01050人交流力矩伺服电动机和本；京密公司生产的208型双频激光干涉仪，其检测分辨率5，0，转换器的分辨率为12位。使用的电动机打61的力矩波动，5为机床以速度进给的跟踪误差曲线，其中曲线3为只加反馈控制器的违度跟踪误差4为加入反馈及扰动前馈补偿抟制器的跟踪误差。
从中可以看出，由于电动机存在频率与其转速成正比的波动力矩，导致该伺服系统在恒速跟踪时，有正弦稳态跟踪误差，误差信号频率分别为3出和18左，只利用反馈控制。付干扰的抑制效果妃，限的。
跟踪误差的幅值较大中万不能满足超精密加工的要求。5中1为加入了干扰前馈补偿后的跟踪效果，跟踪误差幅值小于±0.02可干扰前凸轮联动人10的设计研究聂应新北京机床研究所目前，国外加工中心采用的人1装置，主要有马氏机构无机械尹式凸轮联动式液压或气动机械换刀以及其它独特的加工中心用人10装置。其中，凸轮联动式人装置可靠性好，换刀速度高，*易独立推向市场，形成专业化产业化生产。如台湾吉辅日本要对凸轮联动式人1机构设计中的有关技术问进行了分析。笔者负责设计的501=凸轮联动式刀库机械手己成功地与500主机配套，并投入批量生产。
1凸轮联动人1的动作原理及基本结构目前，加工中心上使用的凸轮联动人沉的基本结构人1的换刀动作基本可以分作两部分1机械手的旋转分度动作。包括抓刀180换刀馈作用可以有效地补偿系统的下扰力矩的影响，使稳态跟踪误差大幅度的降低。
5结论超精密机床伺服系统的各种扰动乃矩和系统的参数波动是影啊乐统猜以的主要因电，木乐，迎过引入了扰动力矩模型，在前馈回路中实现了基于扰动观回零。2机械手的直线平移动作。包括拔刀插刀。
其中机械手的旋转分度动作采用蜗杆凸轮有些文章中称为滚齿轮彡垂直分度机构来实现机械手的贞线1.随动摆杆2平面凸轮3.蜗杆凸轮4.随动滚子凸轮5.机械手臂测的扰动力矩的动态补偿；同时。通过合适的选择比例与积分形式的反馈控制器的参数，使系统具有较快的响应速度和良好的动态特性。并对反馈控制器进行了处理，防止电动机功放输出饱和。实验结果明，反馈控制与基于扰动观测的前馈补偿相结合的控制方法可以有效地提高系统的跟踪特性，在工程应用中具有较大的实用价值，2牛全民。基于状态观测器实现转速及负载转矩估计的直流调速系统。电子技术应用，200053郭庆鼎。永磁交流直线伺服系统的研究。控制与决策，1997，1274王广雄。控制系统设计。北京宇航出版社，1992.
第乍者王立松，哈尔滨工业大学控制工程系博士生，哈尔滨工业大学精密工程研究所43信箱，邮编辑徐洁兰收修改稿日期2000
