高速电主轴系统多领域建模技术研究

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高速数控机床电主轴是一种复杂的机电系统,涉及到机械、传热、电子、控制等多个领域,系统中大量系统参数复杂耦合使得设计过程异常复杂。仿真分析为避免设计重复、提高产品性能提供了有力的支持,然而传统建模工具的建模过程过于繁琐,同时模型的重用性差,对于像电主轴这种复杂的耦合系统,传统方法难以满足其开发要求。高速电主轴是数控机床的核心组成部分,具有回转精度高、传动紧凑、功耗低、可靠性好等优点,建立高速电主轴基于Modelica的多领域物理模型,不仅能为高速数控机床电主轴的设计提供支撑,同时也为电主轴的仿真研究提供了新的方法。本文对高速电主轴的系统进行了全面的分析,将电主轴系统划分为多个子系统如机械、电子、控制、热传导等,分析各子系统的数学模型和相互间的耦合关系,然后利用基于modelica统一建模语言的多领域方法对各子系统和子系统间的耦合接口进行多领域建模,建立整个电主轴系统的模型库,利用建好的电主轴系统多领域仿真模型,参照实际电主轴参数进行热、结构的仿真分析,并与实验结果进行对比分析,验证仿真模型的合理性与精确性。今后可以利用建立好的电主轴仿真模型对新型电主轴的设计提供实际的指导意义。上述工作表明Modelica作为一种新型的面向对象的仿真软件,在大型系统仿真特别是机电控统一仿真方面有着一定的优势,使用Modelica建立的仿真模型具有结构清晰、容易理解的优点,同时又有着巨大的通用性和可重复使用性,非常适合于大型复杂系统的仿真。
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