1. 研究目的与意义（文献综述）

我国的数控装备产业经过多年发展，已经取得了一定的成就，国产数控机床功能日益完备，质量显著提升，在实际生产中所占的比例不断加大。经过众多科研人员的努力，国产高端数控机床在一些先进技术功能方面也有许多突破。但是我们也应该认识到，我国自主数控机床总体上仍旧以中低端设备为主，高端数控设备自主创新能力还不够强，很大程度上依赖进口。高端数控设备及其控制策略的研究具有重大现实意义。

工作台进给系统是数控加工设备的关键部件，他的结构和控制性能直接影响加工过程的质量。常见的工作台驱动主要依靠传统的单滚珠丝杠结构。滚珠丝杠传动已经发展了很久，有了较为完备的理论研究，现代精加工技术的发展也保证了滚珠丝杠副的精度，再其加上本身结构的简单和成本的低廉，使得它被广泛应用于精密数控加工设备中。但随着制造技术水平和要求的不断提高，它也暴露出了一些不足。

首先，传统的单滚珠丝杠结构在传动过程中存在变形现象，且回程存在背隙，容易导致传动误差。其次，传统结构中，传动的单滚珠丝杠常常因为布局限制不能布置在工作台的中间，当工作台接受工作负载时，一侧的驱动力会对工作台产生力矩作用，使工作台发生偏斜；在高速往复加工运动时，工作台由于重心与驱动机构作用点不重合，会在惯性作用下发生抖动。这些缺点的存在导致传统单滚珠丝杠结构难以满足数控机床高速高精的要求，也会使工作部件的寿命下降，提高生产成本。

2. 研究的基本内容与方案

一. 设计的基本内容：

1. 设计双驱数控进给控制策略及实验总体方案。

2. 对使用三种双驱同步控制策略的双驱进给系统进行建模并利用Matlab进行仿真。

3. 基于倍福运动控制器搭建双驱进给系统的硬件平台。

4. 将三种控制策略应用在搭建好的实验平台进行驱动试验，并对三种策略的控制效果进行比较。

二. 技术路线

图1.课题的设计路线

三. 拟采用措施

1. 通过文字说明和图解对双驱进给机构的结构和原理进行解释。学习和分析三种常用控制策略：并联控制、主从控制和交叉耦合控制。确立建模-仿真-搭建平台-实验测试-比较分析的实验总体方案。

2. 传动机构的动力学建模：系统的传动部分主要包括电机、联轴器/滚珠丝杠、工作台，数学模型是一个复杂的高阶模型。为了充分考虑控制系统的特性，不引入过多干扰因素，将这一模型简化，将其他非线性问题等以干扰信号的形式引入系统。

   伺服电机建模：数控设备常使用永磁同步电机进行驱动，针对永磁同步电机特性建立其三环控制模型，并对特征常数进行赋值。

   使用控制策略的综合模型：结合传动系统、伺服电机的模型和控制特点，利用Matlab的Simulink模块建立综合模型。针对不同算法的应用场景调整系统的扰动或部分控制参数，以模拟各种算法在其应用场景下的表现。进行仿真。

3. 控制系统的硬件选型及搭建：根据开放型数控系统的设计理念，按照运动控制模块、软硬件接口模块、执行单元、检测单元等分类，结合实际条件对各部分硬件进行选型。

4. 控制软件编写：通过对控制软件的操作逻辑进行分析，利用C 语言基于对话框的MFC编程方法，设计集成系统的控制软件。通过与TwinCAT软件的ADS通信调用功能块达到运动控制的目的。主要功能采用模块化设计。

5. 实验测试与比较：在硬件选型的基础上，确定部件之间的接线方式，合理安排电机的驱动方式以及检测器的反馈信号的引入方式，搭建闭环控制系统实验平台。通过调试对系统控制参数进行进一步探讨，结合实验现象和数据研究系统特性，并以数据为基础对多种同步算法进行比较。

四. 创新点

1. 提出了一种可行的基于倍福运动控制器的双驱进给系统硬件平台搭建方案。通过编写控制软件，实现了一套基础的数控进给系统。

2. 把同步控制策略应用在具体的双驱进给系统上，将控制策略与面向实际生产的硬件实验平台结合，以实现集成化以及理论向实际的过渡。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 周济.智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[j].中国机械工程，2015，26(17):2273-2284

[2] 韩文成.机床数控技术及应用[m].化学工业出版社，2015.