圆弧刀研磨力变化模型分析与控制技术研究

【摘要】双圆锥形圆弧刀在光栅刻划过程中与金属膜层作用的受力面积较大，且在刻划过程中具有在线转刃的可能性，利于提高金刚石刻划刀具使用寿命，因此随着大面积光栅及凹面光栅的广泛应用而逐渐被大家重视。根据金刚石刀具的研磨经验，研磨过程中研磨力过小、过大及波动变化均会对圆弧刀的质量和耐磨性产生影响，其研磨力的稳定控制对刀具质量的提高极为重要。为了能获得高质量的圆弧刀，本文设计了一套圆弧刀研磨力稳定控制系统。首先，完成圆弧刀研磨力稳定控制系统总体设计。针对圆弧刀研磨力在线测量难题，设计了杠杆原理为基础的圆弧刀研磨力测量系统，建立了圆弧刀与磨盘之间研磨力的数学模型，实现高速研磨过程中圆弧刀所受的研磨力的实时测量。并且设计了精密进给系统，为控制系统进行了伺服电机、滚珠丝杆和主控芯片的参数分析选型。其次，建立系统参数辨识的最小二乘参数估计法，利用该方法辨识得到圆弧刀研磨力稳定控制系统的传递函数，依据系统模型分析了圆弧刀研磨力稳定控制系统的特性。根据系统特性设计了圆弧刀研磨力稳定控制的PID控制算法并利用Matlab仿真。依据仿真结果确定初始PID参数，在线实测得到圆弧刀研磨力稳定控制系统工作的优化PID参数。最后，设计了以DSP为主控芯片的硬件控制电路，并详细介绍了系统各功能模块得以实现的方法。又分别在CCS3.3和LabVIEW环境下完成圆弧刀研磨力稳定控制的软件设计，主要包括上位机数据显示、控制模块和下位机圆弧刀研磨控制模块。上位机控制界面操作，实现了基于PID控制器的圆弧刀研磨力稳定控制实验。
【作者】金志樑；
【导师】唐玉国；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】双圆锥形圆弧刀；系统辨识；PID控制；DSP；LabVIEW；

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