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[摘 要]FANUK系统双主轴控制系统研析，首先运用机理分析法建立系统的单电机系统数学模型，其次根据单电机系统数学模型建立理想情况下的双电机系统数学模型。最后考虑齿隙对系统的影响，建立含齿隙的双电机系统数学模型。根据建立的系统数学模型进行仿真。分析非线性要素对随机系统的关系问题，非线性要素重点包含：摩擦非线性、饱和非线性、齿隙非线性等要素。分析这些非线性因素的特性
[关键词]伺服系统的非线性因素分析； 模糊PID控制器的设计
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0348-01
1.项目背景
我厂生产的车铣加工中心SVTM160，是一种性能良好、工艺范围广泛、生产效率高的先进设备，适用于各行业的机械加工。可用于内外圆柱面、内外圆锥面、车端面、切槽、圆弧面及各种曲线面、螺纹的粗、精加工。机床适用于以硬质合金及陶瓷刀具，对黑色金属、有色金属和部分非金属类零件的粗、精加工。
机床主传动由两个37KW交流伺服电动机驱动，采用无级调速，二级立轴变速箱与工作台底座联接，变速由电磁离合器控制减速器，通过FANUK伺服驱动调速，使工作台得到2.5-315r/min的转速。
该机床采用FANUC数控系统，共5个数控伺服轴，1个PLC轴（旋转刀库），同时插补轴为3个，分别为X Z C轴，机床主传动双电机控制主要是考虑到，在车削加工时双电机采用共同方向进行扭矩输出，从而达到大扭矩输出，还能够节省机械结构空间，因为双电机结构可以降低齿轮齿条模数，从而提高齿轮齿条精度，降低齿轮齿条制造加工难度，节省机床主传动空间，在进行铣削加工时主传动将被当做C轴使用，这时双电机将进行反向运用，其中一个电机负责进给传动，一个电机负责消隙运动，这种结构主要是为了提高C轴转动和定位精度，只有这种结构才能解决大型机床C轴分度精度问题，同时机床使用海德汉圆光栅进行全闭环控制。
2.双轴同步联动伺服系统的建模
建立系统的模型是仿真中至关重要的一步，建立模型的方法和思想直接影响到系统仿真的结果和准确性。
在工程实际系统中，由于系统存在着许多非线性因素，如齿隙、饱和、死区等典型的非线性因素对系统性能有明显的影响。为了更好地研究系统，克服齿隙非线性因素的影响，达到高性能的指标，从系统的机理来建立系统的数学模型，以进行深入的分析，具体需要进行以下步骤
一.建立单电机的动态数学模型
二.双电机伺服驱动系统的动力学建模
三.理想情况下双电机伺服驱动系统的动力学建模
四.推导出复域模型
五.含尺隙的双电机伺服驱动系统的动力学建模
3.双电机系统动力学模型仿真
依照现实体系的参数选取及其设置，各个环节的细致参数如下：
把现实参数用于双电机同步实时联动的上述模型里。
在阶跃特性响应下，包含齿隙双电机伺服体系模型的响应情况和包含齿隙单电机伺服动力体系的状况相比更加平和稳定、超调更小、响应更迅速，综合特性明显更占优势，更具特点，但是在正弦性质的响应之下，前者类型的体系响应伴随特征则显著比后者更好。可是鉴于本身参数误差的存在和一类非线性要素作用的抹去，模拟效果与真实体系比较明显包含了少许细微的不同之处，可在整体效果的角度分析，所构建模型的响应特征与效果跟真实体系的响应特征非常的吻合。
4.非线性环节对伺服系统的影响
在伺服系统中，传动链齿隙、摩擦死区等非线性因素的存在会对高精度伺服系统的控制性能产生严重的影响。
1.大功率伺服系统通常采用齿轮传递动力，相互啮合的齿轮，总有微量的传动间隙。齿隙的存在，影响了系统的控制精度和性能。若将动力传动链置于闭环之外（即采用半闭环的控制方式），齿隙作用虽然不至于影响系统的稳定性但控制精度无法保证。
若要提高系统的精度，位置反馈必须取自负载侧，则齿隙环节必将包含于闭环以内。研究表明，齿隙非线性存在的情况下，二型无静差系统必然产生极限环振荡，因此必须要克服传动链齿隙对系统的影响。多数研究都采取了补偿控制方法，主要包括逆模型补偿、直接补偿、切换控制等。
2.高精度伺服系统中，摩擦和死区的存在会导致系统出现低速“爬行”现象和极限环振荡并严重影响跟踪精度。在进行系统设计时，必须予以考虑。多年来学者们对摩擦和死区的作用机理、控制方法进行了大量的研究，建立了多种模型
针对摩擦和死区特性，有许多控制方法被提出以克服其影响。其中包括谐波线性化法：通过加入高频谐波信号改变摩擦和死区的输入输出特性从而改善系统性能方法；自适应控制法：基于非线性环节模型，通过对模型参数的辨识产生多种自适应控制；补偿控制法：由于死区非线性特性可逆，对已知参数可通过构造逆模块来抵消死区的影响，若參数未知则可采用自适应控制，预测控制或通过观测器重构状态的方法在系统运行中实时辨识参数，再进行补偿，从而有效的削弱或抵消死区非线性的影响。
作者简介：刘宇（1982-），男，工程师，从事机床电气设计与调试工作。
[关键词]伺服系统的非线性因素分析； 模糊PID控制器的设计
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0348-01
1.项目背景
我厂生产的车铣加工中心SVTM160，是一种性能良好、工艺范围广泛、生产效率高的先进设备，适用于各行业的机械加工。可用于内外圆柱面、内外圆锥面、车端面、切槽、圆弧面及各种曲线面、螺纹的粗、精加工。机床适用于以硬质合金及陶瓷刀具，对黑色金属、有色金属和部分非金属类零件的粗、精加工。
机床主传动由两个37KW交流伺服电动机驱动，采用无级调速，二级立轴变速箱与工作台底座联接，变速由电磁离合器控制减速器，通过FANUK伺服驱动调速，使工作台得到2.5-315r/min的转速。
该机床采用FANUC数控系统，共5个数控伺服轴，1个PLC轴（旋转刀库），同时插补轴为3个，分别为X Z C轴，机床主传动双电机控制主要是考虑到，在车削加工时双电机采用共同方向进行扭矩输出，从而达到大扭矩输出，还能够节省机械结构空间，因为双电机结构可以降低齿轮齿条模数，从而提高齿轮齿条精度，降低齿轮齿条制造加工难度，节省机床主传动空间，在进行铣削加工时主传动将被当做C轴使用，这时双电机将进行反向运用，其中一个电机负责进给传动，一个电机负责消隙运动，这种结构主要是为了提高C轴转动和定位精度，只有这种结构才能解决大型机床C轴分度精度问题，同时机床使用海德汉圆光栅进行全闭环控制。
2.双轴同步联动伺服系统的建模
建立系统的模型是仿真中至关重要的一步，建立模型的方法和思想直接影响到系统仿真的结果和准确性。
在工程实际系统中，由于系统存在着许多非线性因素，如齿隙、饱和、死区等典型的非线性因素对系统性能有明显的影响。为了更好地研究系统，克服齿隙非线性因素的影响，达到高性能的指标，从系统的机理来建立系统的数学模型，以进行深入的分析，具体需要进行以下步骤
一.建立单电机的动态数学模型
二.双电机伺服驱动系统的动力学建模
三.理想情况下双电机伺服驱动系统的动力学建模
四.推导出复域模型
五.含尺隙的双电机伺服驱动系统的动力学建模
3.双电机系统动力学模型仿真
依照现实体系的参数选取及其设置，各个环节的细致参数如下：
把现实参数用于双电机同步实时联动的上述模型里。
在阶跃特性响应下，包含齿隙双电机伺服体系模型的响应情况和包含齿隙单电机伺服动力体系的状况相比更加平和稳定、超调更小、响应更迅速，综合特性明显更占优势，更具特点，但是在正弦性质的响应之下，前者类型的体系响应伴随特征则显著比后者更好。可是鉴于本身参数误差的存在和一类非线性要素作用的抹去，模拟效果与真实体系比较明显包含了少许细微的不同之处，可在整体效果的角度分析，所构建模型的响应特征与效果跟真实体系的响应特征非常的吻合。
4.非线性环节对伺服系统的影响
在伺服系统中，传动链齿隙、摩擦死区等非线性因素的存在会对高精度伺服系统的控制性能产生严重的影响。
1.大功率伺服系统通常采用齿轮传递动力，相互啮合的齿轮，总有微量的传动间隙。齿隙的存在，影响了系统的控制精度和性能。若将动力传动链置于闭环之外（即采用半闭环的控制方式），齿隙作用虽然不至于影响系统的稳定性但控制精度无法保证。
若要提高系统的精度，位置反馈必须取自负载侧，则齿隙环节必将包含于闭环以内。研究表明，齿隙非线性存在的情况下，二型无静差系统必然产生极限环振荡，因此必须要克服传动链齿隙对系统的影响。多数研究都采取了补偿控制方法，主要包括逆模型补偿、直接补偿、切换控制等。
2.高精度伺服系统中，摩擦和死区的存在会导致系统出现低速“爬行”现象和极限环振荡并严重影响跟踪精度。在进行系统设计时，必须予以考虑。多年来学者们对摩擦和死区的作用机理、控制方法进行了大量的研究，建立了多种模型
针对摩擦和死区特性，有许多控制方法被提出以克服其影响。其中包括谐波线性化法：通过加入高频谐波信号改变摩擦和死区的输入输出特性从而改善系统性能方法；自适应控制法：基于非线性环节模型，通过对模型参数的辨识产生多种自适应控制；补偿控制法：由于死区非线性特性可逆，对已知参数可通过构造逆模块来抵消死区的影响，若參数未知则可采用自适应控制，预测控制或通过观测器重构状态的方法在系统运行中实时辨识参数，再进行补偿，从而有效的削弱或抵消死区非线性的影响。
作者简介：刘宇（1982-），男，工程师，从事机床电气设计与调试工作。