,河北工业大学硕士学位论文,基于虚拟仪器的数控机床误差采集参数辨识研究目录第章绪论课题研究背景及意义数控机床几何误差补偿技术研究动态虚拟仪器介绍虚拟仪器的概念虚拟仪器的特点课题采用作为开发平台的原因课题结构第二章基于的误差采集机床误差元素的分析与分类机床误差元素的分析机床误差元素的分类机床误差分类机床误差分类图数控机床几何误差采集系统软件用户层主界面基于虚拟仪器的数控机床误差采集参数辨识研究小结本章首先通过不同的分类方法深入分析了机床误差元素，进步认识了机床误差产生的根源以及各种误差的不同性质。然后，以三轴数控机床为例，根据机床误差的不同性质将所有的误差分为了三类，为接下来的误差建模做好了准备。最后论述了几何误差元素的检测方法，利用双频激光干涉仪和计算机构成了机床几何误差元素检测硬件系统，开发了基于平台的软件系统，实现了数控机床误差建模和补偿技术所需要的机床位置误差信号的自动采集。河北工业大学硕士学位论文第三章基于的误差建模很多机械系统，例如机器人链缆天线人体模型或其他生物系统等，皆可用若干柔性或刚性体组成的系统模型予以有效地描述，这就是所谓的多体系统。多体系统是对工程实际中出现的复杂工程对象的高度概括和抽象，通过概括和抽象使人更广泛更深刻地把握事物本质，从而更好地指导人们对工程对象进行研究设计和分析。本课题利用与软件的接口，在中建立了基于的误差模型。误差元素建模理论简介许多理论被运用于误差元素的建模中，如多体理论回归分析神经网络及模糊理论等。下面分别作简要介绍多体理论多体理论是对工程实际中复杂系统的高度概括。对于任意多体系统都可用低序体阵列对系统拓扑结构进行数字化描述。这种描述方法为分析复杂多体系统提供了便利并有助于建模的计算机化。图为三坐标加工中心结构示意图，图中对系统中个体进行了编号，其低序体阵列见表。图三坐标加工中心结构示意图床身往复台工作台工件主轴箱刀具表的低序体阵列基于虚拟仪器的数控机床误差采集参数辨识研究回归分析回归分析理论运用了统计学的思想，认为在采集了大量样本数据的基础上，这些样本数据可以比较精确地反映它所代表的个具有确定意义的或者些方面的数学信息。误差元素的建模中主要运用了多项式拟合最小二乘法等理论。神经网络理论神经网络是由大量简单元件广泛相互连接而成的复杂网络系统，它是在现代神经科学成果的基础上提出的，它反映了人脑功能的若干基本特征，是种抽象的数学模型。神经网络其实质是门非线性科学，处理非线性问题，对样本不要求独立或遵守正态分布，能把所有样本的情况包括进来，还具有并行处理容错性自学习等功能，有别于传统方法。所谓神经网络建模，就是用测得的过程输入输出数据对神经网络进行训练，从而获得其输入输出特性与实际过程等价的神经网络模型。其中和网络具有逼近任何非线性函数的能力，它们被广泛用于不确定性系统模型逼近中。模糊理论模糊理论是在美国加州大学伯克利分校电子工程系的教授于年创立的模糊几何理论的数学基础上发展起来的，主要包括模糊集合理论模糊逻辑模糊推理和模糊控制等方面的内容。日本学者关野提出了高木关野型模糊逻辑系统，建立模糊神经网络。该模糊推理系统利用反向传播算法算法和最小二乘算法完成对输入输出数据对的建模。软件常用命令是由美国公司开发的种功能强效率高简单易学的数学软件。由于它有可靠的数值计算和符号计算功能强大的绘图功能简单易学的语言体系以及为数众多的应用工具箱，因而在科技应用软件中备受瞩目。把软件平台与相结合使用，无疑将使虚拟仪器的数据处理功能更加强大。表介绍了软件些常用命令。与的接口节点任何个应用程序的开发环境都有其自身的优势和不足，作为高级编程人员在开发个大的复杂引用程序时必须能够综合应用不同软件开发环境的功能，才能使项目更加完善。个好的软件开发环境，它也必然具备与其他应用程序通讯的功能及必要的开发工具，在这方面提供了大量的函数和，包括外部代码调用库函数调用运行外部程序等。在科学研究和工程实践当中，往往需要进行复杂的数值运算和分析，除了可直接使用进行分析外，还可通过定义好的应用程序接口间接调用，这都将使得软件开发获得事半功倍的效果。和混合编程在许多领域的成功尝试，例如在呼吸速度描记器个基于系统实验室的新发明数模转换数组输出方面的优秀表现，证明和联合编程优势互补，能很大程度地提高程序的性能。是目前功能最为齐全的仿真软件之，覆盖面包括控制通讯金融图像处理建筑生物学等几乎所有的行业及科学领域。其所用到的技术除了经典的些算法如傅立叶变换等之外，还包括目前新兴的神经网络小波分析模糊系统混沌理论等，此外，语言是基于矩阵运算的种语言，其函数库中包含了比较齐全的矩阵生成与运算的函数，因此编程简单。尽管中提供了些信息处理功能函数，毕竟功能有限，仍无法满足用户各种各样的数值计算和分析要求。而特别擅长数值分析和处理，所以，如果能在中调用它的话，不失为种较好的解决方法。通过等标准接口方式对其进行调用的过程相对繁琐。河北工业大学硕士学位论文公司为此提供了种相对容易方式，即节点方式。通过这种方式，用户可以在中使用强大的数值运算功能，这种方式也是开发组推荐使用的方式。节点使得用户既可以将程序导入到流程图中，又可以在流程图中根据的语法编辑程序。选择该节点的操作为。如图所示。表软件的些常用命令字符串到转换十进制数到十六进制字符串转换把格式化的文本写到文件中或显示屏幕上十六进制字符串转换成十进制数十六进制字符串转换成浮点数整数转换成字符串字符串转换成小写数字转换成字符串码转换成字符串用格式控制数字转换成字符串用格式控制字符串转换成数字字符串转换成个文本矩阵字符串转化成数字字符串转化成数字提取中第到个字符构成字符串打开文件关闭文件读格式化文件数据写格式化数据读取文件的下行，不包括换行符读取文件的下行，包括换行符读二进制数据写二进制数据用来移动文件位置指针用来获取文件位置指针的当前位置用来将文件位置指针移动到文件的开头用来测试位置指针是否在文件结束位置生成给定数据集最小二乘意义上制定阶次的最佳你和多项式加载或格式的数据文件绘制平面曲线图形窗口的分割从图中可以看出相关的菜单项，通过这些菜单可以将程序导入到该结点，而且，可以给节点增加输入输出变量。增加节点之后，就可以按照的语法要求在节点中编写程序，完成后通过单击将程序保存到选定目录中。如果事先已经将程序编好，则可直接将其导入到节点中，通过单击完成导入。还可以对节点增加输入输出变量，在程序运行时，这些变量起到在和之间传递参数的作用。分类号密级编号学位论文基于虚拟仪器的数控机床误差采集参数辨识研究王妹婷指导教师姓名刘丽冰教授河北工业大学申请学位级别硕士学科专业名称测试计量技术及仪器论文提交日期年月论文答辩日期年月学位授予单位河北工业大学答辩委员会主席评阅人年月河北工业大学硕士学位论文基于虚拟仪器的数控机床误差采集参数辨识研究摘要随着生产过程自动化的飞速发展和精密加工的广泛应用，对数控机床加工精度的要求日益提高，柔性制造系统和柔性制造单元更是提出了机床加工过程中各种误差的自动监测和自动补偿问题。目前，误差的检测显示监控问题已成为机械加工特别是精密加工和超精密加工中的瓶颈问题。本文在充分了解和深入分析国内外数控机床误差元素建模技术及误差检测补偿控制技术研究应用现状的基础上，针对机床误差元素的不同性质，对机床误差元素进行了分析和分类，并主要针对数控机床的几何误差参数辨识和误差补偿方法进行了研究。数控机床自身的精度是决定加工效率和精度的关键所在，仿真是验证误差补偿效果的有效途径。本论文在深入研究几何误差参数辨识和误差补偿方法的基础上，针对数控机床的项几何误差，利用虚拟仪器开发平台控制误差采集，实现了参数辨识误差补偿及基于局域网的误差远程监控功能，并对误差参数辨识误差补偿结果进行了仿真验证。利用面向对象的虚拟技术，以和平台开发了套编程合理方便功能强大的数控机床虚拟补偿系统。根据软件测试理论及方法，对虚拟误差补偿系统进行了有效测试，证明了软件系统的合理性，该系统还具有通用性扩充性，可以满足不同数控编程系统针对不同机床不同零件编制的加工检测程序文件的补偿要求。本论文的研究内容如下基于的数控机床几何误差采集总体方案软硬件构成及实现。基于与接口的误差建模技术研究，实现建模的程序化。基于的误差参数辨识技术研究。基于的误差补偿技术研究。通过实例仿真，验证数控机床误差补偿模型的正确性以及误差补偿方法的有效性。在面向对象软件测试的些基本理论指导下，对虚拟误差补偿系统进行了有效的测试。关键词数控机床，虚拟仪器，几何误差，误差元素建模，误差元素检测，误差补偿控制系统基于虚拟仪器的数控机床误差采集参数辨识研究河北工业大学硕士学位论文