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陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件,其性能好壞直接影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性強弱、使用壽命長短以及導(dǎo)航定位精度高低。其中半球諧振陀螺(Hemispherical Resonator Gyro : HRG)最早出現(xiàn)于 20 世紀(jì)f>〇年代,源自于物理學(xué)家布萊恩的葡萄酒杯的旋轉(zhuǎn)駐波概念m。半球諧振陀螺是一種可靠性好、壽命長、無磨損、精度高的新型振動陀螺,由讀出基座、讀出電極、半球諧振子、激勵電極和激勵外罩等組成,它測量轉(zhuǎn)速和角度的功能是依靠半球殼唇緣的諧振子回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的哥氏效應(yīng)實現(xiàn)的[2]。
半球諧振子屬于半球諧振陀螺的核心部件,與國外某些國家相比,國產(chǎn)的半球諧振子表面質(zhì)量差、加工精度低,無法滿足高精度陀螺儀的性能要求,更無法達到實用化水平因此,提高半球諧振子的加工精度并設(shè)計出滿足超精密加工需求的數(shù)控系統(tǒng),是研究并實用化國產(chǎn)半球諧振陀螺的關(guān)鍵所在。
為了達到加工中心的要求,提高半球諧振子的加工精度,本課題選擇了一種新型的運動控制器一.《200控制器。A3200控制器是基于mtime實時擴展系統(tǒng)和Microsoft Windows操作平臺的一種純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng),集成了運動控制、系統(tǒng)維護與診斷、PLC、訪問等功能。INdme實時擴展系統(tǒng)可以與Windows共享硬件平臺,對硬件進行實時處理。A3200控制器通過火線卡(IEEE-1394 )實現(xiàn)與驅(qū)動器之間的通訊,簡單、高效且不受限制,可以最多提供32個軸的同步運動。與傳統(tǒng)的硬件運動控制器相比,A3200控制器具有更好的靈活性,具有擴展性的控制功能以及實時性的控制精度,擁有更高的性價比。
2搭建控制系統(tǒng)硬件平臺
由于所要加工的半球諧振子的形狀是平型,屬于典型的薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。并且其材料為高品質(zhì)因數(shù)的熔融石英,屬于硬脆材料,加工過程中特別容易破裂,不易加工成型,常規(guī)的加工方法和及床不能使其具有較高的表面質(zhì)量和加工精度[4]。因此,為了實現(xiàn)半球諧振子的超精密加工,課題組設(shè)計了具有特殊結(jié)構(gòu)的專用加工中心,該加工中心在加工過程中通過X、Y、Z、C四軸聯(lián)動,在避免加工刀具與工件發(fā)生干涉造成工件破損的同時,可以使工件的加工精度達到要求。
數(shù)控系統(tǒng)作為連接加工中心與控制器的橋梁,起著至關(guān)重要的作用。數(shù)控系統(tǒng)主要由輸人輸出裝置、速度控制單元、硬件平臺、軟件平臺、CNC裝置等組成。目前,開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有3種形式:PC嵌人NC的“NC+PC”復(fù)合式結(jié)構(gòu),NC嵌人PC的“PC+NC”階梯式結(jié)構(gòu),以及純軟件結(jié)構(gòu)。
本課題采用A3200控制器和IPC作為數(shù)控系統(tǒng)的主控單元,配有直線電機、滾珠絲杠.、精密直驅(qū)轉(zhuǎn)臺、驅(qū)動器和編碼器等,共同構(gòu)成一個模塊化的開放式數(shù)控系統(tǒng),其硬件結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。火線卡與IPC之間通過PCIe總線協(xié)議實現(xiàn)通信,A3200控制器將控制指令通過火線卡傳遞給各驅(qū)動器,驅(qū)動器接收到信號后作用于各伺服電機,從而控制相應(yīng)的運動平臺實現(xiàn)指令要求的相關(guān)運動,最后位移和速度等信息通過編碼器反饋給A32〇0控制器,A3200控制器將接收到的信息與發(fā)送的指令進行分析比較并在完成控制功能后將分析結(jié)果顯示在軟件界面上。
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結(jié)束語:
① 以A3200控制器為核心搭建了數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺,結(jié)合C++與A3200命令函數(shù)開發(fā)了數(shù)控系統(tǒng)的軟件界面。
② 本文針對A3200控制器特有的閉環(huán)控制系統(tǒng),通過自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)相結(jié)合,找到合適的參數(shù)對控制器進行了優(yōu)化,使之與被控對象相匹配,從而使控制系統(tǒng)獲得更好的控制效果,提高運動精度。
③ 在之前工作的基礎(chǔ)上對半球諧振子毛坯件進行了加工試驗,通過毛坯件前后的粗糙度對比,可以看出加工精度可以滿足要求,也驗證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2024-11
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2024-11
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