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电气工程与自动化

Journal of Electrical Engineering and Automation

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Journal of Electrical Engineering and Automation. 2025; 4: (4) ; 10.12208/j.jeea.20250135 .

Research on piezoelectric ceramic micro-feed control algorithm for ultra-precision machine tools
超精密机床压电陶瓷微进给控制算法研究

作者: 辛涛 *

中京泰瑞(北京)工程技术有限公司 北京

*通讯作者: 辛涛,单位:中京泰瑞(北京)工程技术有限公司 北京;

引用本文: 辛涛 超精密机床压电陶瓷微进给控制算法研究[J]. 电气工程与自动化, 2025; 4: (4) : 120-122.
Published: 2025/4/15 11:15:56

摘要

超精密加工技术对现代制造业的高精度需求提出了更高挑战,其中压电陶瓷微进给控制系统在实现纳米级加工精度方面起着关键作用。本文围绕超精密机床中压电陶瓷驱动装置的控制算法展开研究,旨在提升其动态响应速度与定位精度。通过分析压电陶瓷的非线性特性,提出一种融合PID控制与前馈补偿的复合控制策略,并结合仿真与实验验证该方法的有效性。研究表明,所设计控制算法能显著减小滞后误差,提高系统的稳定性和重复定位精度,为超精密加工提供理论支持和技术保障。

关键词: 超精密机床;压电陶瓷;微进给控制;控制算法;非线性补偿

Abstract

Ultra-precision machining technology poses higher challenges to the high-precision requirements of modern manufacturing, in which the piezoelectric ceramic micro-feed control system plays a key role in achieving nanometer-level machining accuracy. This paper focuses on the research of control algorithms for piezoelectric ceramic driving devices in ultra-precision machine tools, aiming to improve their dynamic response speed and positioning accuracy. By analyzing the nonlinear characteristics of piezoelectric ceramics, a composite control strategy integrating PID control and feedforward compensation is proposed, and the effectiveness of this method is verified through simulation and experiments. The research shows that the designed control algorithm can significantly reduce hysteresis errors, improve the stability and repeat positioning accuracy of the system, providing theoretical support and technical guarantee for ultra-precision machining.

Key words: Ultra-precision machine tool; Piezoelectric ceramic; Micro-feed control; Control algorithm; Nonlinear compensation

参考文献 References

[1] 常博宇.绿色智造与再制造:超精密机床在循环经济中的技术迭代与商业模式创新[J].世界制造技术与装备市场,2025,(02):26-33.

[2] 武海亮,杨辉,卢超伟,等.PWM频率对超精密机床主轴动态性能影响研究[J].组合机床与自动化加工技术,2024, (05):141-146+151.

[3] 陆涵婧,芮筱亭,丁园园,等.超精密机床动力学多体系统传递矩阵法[C]//中国振动工程学会.第十五届全国振动理论及应用学术会议摘要集.北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室;南京理工大学发射动力学研究所;南京理工大学复杂多体系统动力学全国重点实验室;,2023:188.

[4] 刘良.超精密机床的流固耦合行为及其动态特性研究[D].哈尔滨工业大学,2023.

[5] 陈熠,王振忠,雷鹏立,等.超精密机床热形变及其对运动精度的影响研究[J].制造技术与机床,2023,(02):5-11.

[6] 李江.基于快刀伺服功能的超精密机床动态轮廓误差补偿技术研究[D].华中科技大学,2021.

[7] 胡辰.环境微振动作用下超精密机床动力学分析及基础隔振技术研究[D].南京理工大学,2020.

[8] 米良,杨川贵,刘兴宝,等.基于微动刀架的超精密机床加工误差在位补偿技术[J].吉林大学学报(工学版),2020, 50(06): 2019-2027.