杨 勇， 张为民， 仇炜谏, 陈 盛

(1. 江苏科技大学 机械工程学院， 江苏 镇江 212003； 2. 同济大学 机械与能源工程学院， 上海 201804；3. 南京邮电大学 自动化学院， 南京 210023)

基于模态综合法与动态凝聚的滚珠丝杠进给系统状态空间建模与实验验证

杨 勇1， 张为民2， 仇炜谏1, 陈 盛3

(1. 江苏科技大学 机械工程学院， 江苏 镇江 212003； 2. 同济大学 机械与能源工程学院， 上海 201804；3. 南京邮电大学 自动化学院， 南京 210023)

以往研究中为便于机械传动环节与控制系统的集成建模，常将滚珠丝杠进给系统简化为简单机械模型，其在动态性能精确求解等方面存在不足。针对这一问题，充分考虑滚珠丝杠进给系统的结构柔性以及丝杠螺母副的耦合特性，构建滚珠丝杠进给系统多柔体动力学模型；在此基础上，综合模态综合法和动态凝聚法，对进给系统有效简化动力学信息准确提取，加快模型降阶收敛和凝聚自由度响应求解速度，推导得到滚珠丝杠进给系统的状态空间缩聚模型。基于内置传感器信号的动态性能试验测试，对模型的正确性进行验证，其一阶固有频率计算误差为5.54%，实验和仿真计算得到的输入扭矩与输出转速间的频响曲线在一阶频率处极点坐标分别为32.83 dB和35.16 dB。该研究为实现滚珠丝杠进给系统与伺服控制系统的高效高精度集成建模提供了重要的理论基础和方法指导。

滚珠丝杠进给系统; 状态空间; 模态综合; 动态凝聚

机床进给驱动系统中，其机械传递环节对整体进给系统动态特性有着关非常重要的影响，采用不同方法对滚珠丝杠进给系统建模并对其动态性能进行研究，一直受到国内外众多学者的关注。……