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随着光学仪器、医疗设备和航空电子技术等行业的迅猛发展,非圆对称截面的零件和微结构表面零件形状要求越来越复杂化,同时精度要求也越来越高,这需要快速伺服刀架(FTS)系统加工精度、位移分辨率和频响更高,以提高精密加工领域加工效率和精度。但是,目前设计的大部分FTS系统都难以满足高频响、高精度和高稳定性等需求,其次,机床本身主轴的转速较低,也严重影响了FTS超精车削加工技术的发展。如何提高超精密加工FTS系统的加工行程、定位精度以及高频响,是提高超精密车削加工领域加工精度和效率的关键。对此,本论文围绕非圆对称截面的零件和微结构表面零件加工,设计了一种基于二级杠杆位移放大机构压电型FTS系统,并建立压电陶瓷驱动器迟滞模型,设计了基于RBF神经网络(径向基函数神经网络)和PID组合控制算法的控制器,以期提高快速伺服刀架的加工精度和加工效率等。其主要内容如下:(1)压电型FTS系统结构设计和优化研制设计一种二级杠杆放大机构伺服刀架模型,分析了柔性铰链结构参数对伺服刀架性能的影响,并且通过理论计算和仿真研究对伺服刀架的放大位移、固有频率和刚度做了详细研究,建立了FTS系统数学模型。(2)压电陶瓷驱动器的迟滞非线性建模对压电执行器的输出特性进行测试,分析压电陶瓷材料迟滞非线性产生机理,并通过建立数学迟滞模型研究压电陶瓷迟滞特性。采用RBF神经网络算法对压电执行器迟滞模型进行优化,降低压电陶瓷迟滞特性对系统非线性输出的影响。(3)FTS系统控制器的设计设计了一种基于RBF神经网络和PID组合控制算法的控制器,提高伺服刀架的输出位移精度,完成控制器对伺服刀架系统车削振动控制输出,以提高系统的响应时间和加工效率。仿真结果表明:系统最长响应时间为0.08s,比PID控制器要快0.04s,其优化能力达到30.8%,同时系统输出比较稳定,其车削振动最大位移由原来的1.37μm降到了0.02μm。实验结果表明:平台的实际输出位移与参考位移最大误差为0.29μm,得到了较好的控制精度,通过对比发现其性能得到明显的提高,同时,综合考虑了具体控制过程中的可靠性以及稳定性。