簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 郭卉蓁
Kuo, Hui-Jen
論文名稱: 五軸工具機之運動輪廓誤差補償研究
Research on the error compensation for motion profile of five-axis machine tool
指導教授: 陳響亮
Chen, Shang-Liang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 製造資訊與系統研究所
Institute of Manufacturing Information and Systems
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 多軸輪廓誤差NURBS交叉耦合控制器工具機追蹤誤差
外文關鍵詞: Multi-Axis, Contouring Error, NURBS, Cross-Coupling Control, Machine Tool, Tracking Error
相關次數: 點閱:179下載:6
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本研究主要目標是利用交叉耦合控制器(Cross-Coupling Control)的設計理論來改善自由曲面之輪廓誤差(Contouring Error)與追蹤誤差(Tracking Error),以利於提升工具機的運動循跡精度,並對其控制理論加以分析推導,冀望藉此能深入了解多軸工具機的動態輪廓誤差。
    NURBS(Non-Uniform Ration B-spline)最大的優勢為此方法是以參數化的方式來表示空間中的自由曲面。對於不同曲面具有相同的數學式,可大幅降低其演算法的複雜度,且使用者只要對於其控制點座標進行調整,即可對於此曲面有大幅度的修改,故其設計方式相當具有彈性。因此,NURBS很適合做為任意運動軌跡的規劃方法。
    本研究將採用NURBS插值器與交叉耦合控制器,搭配自由曲面之輪廓誤差估測模型,冀望能結合三者的優點,進而達成精密控制的目標。

    The goal of this research which is to use cross-coupled controller design theory for reducing the contour error and tracking error of free surface and improving the machine tool tracking precision, is expected to understand the multi-axis machine tool dynamic contour error and to analyze, to infer the control theory in-depth.
    NURBS is a parametric way to describe the space free surface, so its algorithm is not complicated. Since, it is suitable as an arbitrary trajectory planning method. The greatest advantage is that different surfaces have a common mathematical formula, so the design is very flexible.
    Therefore, this research which combined NURBS mathematical method, cross-coupling controller, and the geometric estimation contour error model of free surface is expected to apply the advantages of three theories for achieving the goal in precise control.

    摘 要 I Abstract II 誌 謝 III 目 錄 IV 表 目 錄 VI 圖 目 錄 VII 符 號 X 第一章 緒 論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 文獻探討 3 1.4 論文架構 8 第二章 研究理論與方法 9 2.1 直線命令軌跡之輪廓誤差 11 2.2 圓命令軌跡之輪廓誤差 13 2.3 自由曲面輪廓誤差估測模型幾何推導與演算法 15 2.3.1 逆運動學(Inverse Kinematic)轉換式 15 2.3.2 正運動學轉換式 19 2.3.3 各軸誤差之誤差分量 20 2.3.4 自由曲面輪廓誤差估測模型 23 2.4 整合型控制架構設計理論 25 2.4.1 單軸控制器設計 25 2.4.2 交叉耦合控制器設計架構 27 2.4.3 前饋控制器設計架構 29 2.4.4 五軸交叉耦合控制器設計架構 36 第三章 控制器參數設定 41 3.1 系統鑑別 41 3.1.1 系統鑑別流程 41 3.1.2 控制器參數選用 45 3.2 控制器參數離散化 55 第四章 系統架構驗證與討論 57 4.1 軟體系統架構 58 4.1.1 軟體開發設計概念 58 4.1.2 人機操作介面功能簡介 62 4.2實驗硬體架構 63 4.3 實驗結果與討論 64 4.2.1 不同曲面形狀的探討 65 4.2.2 不同進給速度下的探討 74 4.2.3 不同控制器參數的影響 80 第五章 結論與建議 89 5.1 結論 89 5.2 建議 90 第六章 參考文獻 91 附錄A [14] 93 A.1 NURBS曲線數學式 93 A.2 NURBS曲面數學式 98

    [1] 姚宏宗;林榮信, “CNC 工具機電腦輔助加工新趨勢-五軸高速切削加工之應用” , 機械月刊, 第二十七卷, 第三期, pp. 490-499, 2001.
    [2] Sarachik P. and Ragazzini J. R., “A Two Dimensional Feedback Control System”, Trans. AIEE, Vol. 76, Part II, pp. 55-61, 1957.
    [3] Koren, Y, “Cross-Coupled Biaxial Computer Control for Manufacturing Systems”, Journal of Dynamic Systems Measurement and Control – Transactions of the ASME, Vol. 102, pp. 265-272, 1980.
    [4] K. Srinivasan and P. K. Kulkarni, “Cross – Coupled Control of Biaxial Feed Drive Servomechanisms”, Journal of Dynamic Systems Measurement and Control-Transactions of the ASME, Vol. 112, pp. 225-232, 1990.
    [5] Koren, Y., and Lo, C.C., “Variable Gain Cross Coupling Controller for Contouring”, Annals of the CIRP, Vol.40, pp. 371-374, 1991.
    [6] Yeh, Syh Shiuh And Hsu, Pau Lo, “Estimation of the Contouring Error Vector for the Cross-Coupled Control Design”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 7, No. 1, pp. 44-51, 2002.
    [7] Cheng M. Y., And Lee C.C. “Motion Controller Design for Contour-Following Tasks Based on Real-Time Contour Error Estimation”, IEEE Transactions on Industry Electronics, Vol. 54, No. 3, pp. 1686-1695, 2007.
    [8] Snyder, Wesley E., “Industrial robots : computer interfacing and control”, N.J.:Prentice Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1985.
    [9] 林緯明, “雙線性馬達同動工具機之追蹤控制研究”, 國立成功大學製造工程 所碩士論文, 2005.
    [10] M. Tomizuka, “Zero phase error tracking algorithm for digital control”, Journal   of Dynamic Systems Measurement and Control, Vol. 109, pp. 65-68, 1987.
    [11] 趙清風, “使用MATLAB控制之系統識別”, 全華科技圖書股份有限公司, 臺北市,  2001.
    [12] 鄭文森, “線性馬達工具機設計與切削測試”, 國立成功大學製造工程所碩士論文, 2008.
    [13] 林易樞, “線性馬達五軸工具機NURBS曲線輪廓加工誤差補償器原理研究”, 國立成功大學製造資訊與系統所碩士論文, 2009.
    [14] Les Piegl, Wayne Tiller, “The NURBS book”, Springer, New York, 1997.
    [15] 柯明賢, “同軸向雙線性型馬達同步運動控制之設計與實現”, 國立成功大學製造工程所碩士論文, 2003.
    [16] 胡景文, “五軸同動之動態輪廓誤差模型建立與分析”, 國立中正大學機械所 碩士論文, 1999.

    下載圖示 校內:2015-09-09公開
    校外:2015-09-09公開
    QR CODE