李国平，孙　涛，邱　辉，陈　彬

(宁波大学 机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211)



高频响伺服刀架的建模与控制

李国平*，孙涛，邱辉，陈彬

(宁波大学 机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211)

考虑目前应用压电陶瓷驱动器的伺服刀架只能提供单向驱动力，设计了一种基于双压电陶瓷驱动器的快速伺服刀架。涉及的两个压电陶瓷驱动器分别为刀具的进给和回复提供驱动力，其呈对称布置，用于有效提高刀架的整体刚度。为了对两个压电陶瓷驱动器进行联动协调控制，建立了PI迟滞模型和其逆模型，并设计了相应的联动协调控制方法。利用PI逆模型作为PID反馈控制的前馈环节构成复合控制用于调节快速伺服刀架的输出位移。实验验证了新型快速伺服刀架的响应频率、响应时间、位移响应特性和定位精度。结果显示：新型快速伺服刀架的响应频率为871.86 Hz，响应时间为0.000 45 s；三角波信号的最大定位误差为3.366 1 μm，误差百分数为7.63%，平均绝对误差为0.698 0 μm，误差百分数为1.58%；正弦波信号的最大定位误差为3.244 4 μm, 误差百分数为7.67%，平均绝对误差为0.930 9 μm，误差百分数为2.20%。

快速伺服刀架；双压电陶瓷驱动器；PI模型；高频响应

*Correspondingauthor,E-mail:liguoping@nbu.edu.cn

1　引　言

快速伺服刀架是利用高频响的执行单元推动刀具快速运动，从而实现零件的高效率高精度加工[1-4]。其具备的基本特性有推力大、刚度高、响应频率快、行程长和精度高等，其中，定位精度和响应频率是决定快速伺服刀架性能的重要指标。快速伺服刀架的执行单元有直线电机[5]、音圈电机[6]、液压执行机构[7]、电磁驱动器[8]、超磁致伸缩执行器[9]和压电陶瓷驱动器[10]等。……