CN109108670A - 一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，属于机械工程领域。本发明在当前工况下设定一组电机频率，测量对应的油膜厚度，得到电机频率与油膜厚度一一对应点，通过这些点，利用三次插值法建立电机频率与油膜厚度间的控制模型，将油膜厚度目标值代入该控制模型，反求电机频率，此频率即为该时变工况条件的所需电机频率，然后以此电机频率驱动电机，带动油泵，将油膜厚度调节到目标值。本发明的方法对时变工况下静压回转工作台油膜厚度调节与控制非常有效、可靠，且精度高。

Description

一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，属于机械工程领域。

背景技术

静压回转工作台具有摩擦力小、低磨损、低速无爬行和工作状态稳定等特点被广泛应用于大型、重型精密机床。但在实际应用中，静压回转工作台的油膜厚度随工况，如外载荷、切削力、油温等工况因素的变化而改变，偏离设计目标值，难以建立精确的控制模型将油膜厚度调节至目标值。将油膜厚度控制在目标值是保证机床加工精度，提高加工质量的重要手段。

通常静压工作台油膜厚度的控制方法是从静压工作台的供油系统结构出发，分析系统各个环节的传递函数，建立以传递函数为基础的油膜厚度控制模型，对油膜厚度进行调节与控制，然而大多忽略了工况条件的变化，如工作台载荷、切削力、油温、液压油的粘度等变化，即使采用补偿措施也难以实现油膜厚度的精确控制。

然而静压回转工作台油膜厚度随载荷、切削力、油温、粘度等时变工况因素的变化而改变，导致其厚度偏离目标值，影响工作台回转精度。静压工作台油膜厚度调节与控制的难点在于建立满足这种时变工况条件的控制模型。

认识到工况条件的复杂性，本发明另辟新泾，无需考虑工况条件，即便不知道工作台的结构尺寸、工作台载荷、切削力、油温、液压油的粘度等参数，只需要在当前工况条件下设置一组电机频率，测量现实工况下对应的油膜厚度，得到一组电机频率和油膜厚度值，进行三次插值建立实时油膜厚度控制模型，则可实现油膜厚度的调节控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明本发明提供了一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法。本发明在当前工况下设定一组电机频率，测量对应的油膜厚度，得到电机频率与油膜厚度一一对应点，通过这些点，利用三次插值法建立电机频率与油膜厚度间的控制模型，将油膜厚度目标值代入该控制模型，反求电机频率，此频率即为该时变工况条件的所需电机频率，然后以此电机频率驱动电机，带动油泵，将油膜厚度调节到目标值。本发明的方法对时变工况下静压回转工作台油膜厚度调节与控制非常有效、可靠，且精度高。

本发明的技术方案是：一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，其特征在于：

包括以下步骤：

设定一组电机频率f₁，f₂，……，f_n，分别测量对应的油膜厚度h₁，h₂，……，h_n，其中n大于等于4；

设M、N、P、Q函数分别为：

则通过M、N、P、Q计算a₀、a₁、a₂、a₃数值，分别为：

a₀＝f₁h₂h₃h₄+f₂h₁h₃h₄+f₃h₁h₂h₄+f₄h₁h₂h₃。

获得h对应的电机频率f(h)

f(h)＝a₃h³+a₂h²+a₁h+a₀ (2)

其中h为目标油膜厚度。

根据如上所述的时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，其特征在于：还包括控制器输出目标油膜厚度h对应的电机频率f(h)控制电机运行。

根据如上所述的时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法,其特征在于：工作台的供油系统为变频调速供油系统。

本发明的有益效果是：适用于变频调速供油系统的静压工作台；且控制过程简便，调节结果准确，采用本发明的方法油膜厚度的调节误差小。

附图说明

图1为油膜厚度检测与调节试验平台框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，包括以下步骤：

1)当前工况下油膜厚度的测量

当前工况条件下，在0～50Hz电机频率范围内，通过设定一组电机频率f₁，f₂，……，f_n，分别测量对应的油膜厚度h₁，h₂，……，h_n。这样在以油膜厚度为横坐标、频率为纵坐标的平面上，得到n个数据点，即p_i(h_i,f_i)，i＝1,2,...,n。为了构造3次插值多项式，取n＝4，得到4个数据节点，即P₁(h₁，f₁)，P₂(h₂，f₂)，P₃(h₃，f₃)，P₄(h₄，f₄)。

2)插值法建立油膜厚度控制模型

对上述4个数据节点进行三次插值处理，可得插值多项式f(h)，即有：

f(h)＝l₁(h)f₁+l₂(h)f₂+l₃(h)f₃+l₄(h)f₄ (1)

其中l₁(h),l₂(h),l₃(h),l₄(h)三次插值基函数，即：

合并多项式可得：

式中，a₀，a₁，a₂，a₃为常数，设：

则有：

a₀＝f₁h₂h₃h₄+f₂h₁h₃h₄+f₃h₁h₂h₄+f₄h₁h₂h₃。

设R(h)＝a₂h²+a₁h+a₀，则有：

f(h)＝a₃h³+R(h) (2)

式中，R(h)为三次插值的余项。

设目标油膜厚度为h_n，根据式(2)计算出对应的电机频率为：

根据频率f_n运行油泵电机即可有效调节油膜厚度。我们将这种油膜厚度控制方法称为插值法。

公式(2)和(3))即为时变工况条件下油膜厚度的控制模型。

3)油膜厚度的调节与控制精度

电机以频率f_n运行，测量此时油膜厚度h_s，计算调节控制精度或调节误差Δh＝|(h_n-h_s。)|/h_n*100％。

4)综合试验平台搭建

油膜厚度测量仪器采用德国米铱单通道高精度系列eddy NCDT 3300电涡流位移传感器，测量范围为0～0.4mm，精度为0.001mm。

为保障测量实验的精确度，将电涡流位移传感器安装于静压工作台油槽中。通过保护套将传感器安装于油槽中，可直接测量油膜厚度的微小变化量。

基于西门子840DSL数控系统，利用QT及VS2008等工具对SINUMERIK Operate开发包进行油膜厚度控制系统开发。

静压回转工作台油膜厚度检测与调节试验平台主要由840DSL控制系统，米依电涡流传感器以及液体静压工作台组成，如图1所示。

5)实例

在某厂Φ2500mm静压回转工作台上进行试验验证，该工作台液压系统具备恒温条件，设定为27度，工作台最大承载能力为40T，工作台台面自重5T。采用3个10T左右的载荷块进行试验，目的是验证不同载荷的工况条件下油膜厚度控制模型的正确性。

在四种变载荷工况条件下测试与验证，结果如表1所示。

表1插值法调节结果(目标厚度h＝0.02mm)

由表1数据可知，利用三次插值法构建油膜厚度控制模型，对变载荷工况下油膜厚度进行调节控制，过程简便，调节结果准确，调节误差小于1.5％。

Claims (3)

1.一种时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，其特征在于：

包括以下步骤：

设定一组电机频率f₁，f₂，……，f_n，分别测量对应的油膜厚度h₁，h₂，……，h_n，其中n大于等于4；

设M、N、P、Q函数分别为：

则通过M、N、P、Q计算a₀、a₁、a₂、a₃数值，分别为：

a₀＝f₁h₂h₃h₄+f₂h₁h₃h₄+f₃h₁h₂h₄+f₄h₁h₂h₃。

获得h对应的电机频率f(h)

f(h)＝a₃h³+a₂h²+a₁h+a₀ (2)

其中h为目标油膜厚度。

2.根据权利要求1所述的时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，其特征在于：还包括控制器输出目标油膜厚度h对应的电机频率f(h)控制电机运行。

3.根据权利要求1所述的时变工况下静压工作台油膜厚度调节与控制方法，其特征在于：工作台的供油系统为变频调速供油系统。