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陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件，其性能好壞直接影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)弱、使用壽命長短以及導(dǎo)航定位精度高低。其中半球諧振陀螺(Hemispherical Resonator Gyro : HRG)最早出現(xiàn)于 20 世紀(jì)f>〇年代,源自于物理學(xué)家布萊恩的葡萄酒杯的旋轉(zhuǎn)駐波概念^m。半球諧振陀螺是一種可靠性好、壽命長、無磨損、精度高的新型振動(dòng)陀螺，由讀出基座、讀出電極、半球諧振子、激勵(lì)電極和激勵(lì)外罩等組成，它測量轉(zhuǎn)速和角度的功能是依靠半球殼唇緣的諧振子回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的哥氏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的^[2]。

半球諧振子屬于半球諧振陀螺的核心部件，與國外某些國家相比，國產(chǎn)的半球諧振子表面質(zhì)量差、加工精度低,無法滿足高精度陀螺儀的性能要求，更無法達(dá)到實(shí)用化水平因此，提高半球諧振子的加工精度并設(shè)計(jì)出滿足超精密加工需求的數(shù)控系統(tǒng)，是研究并實(shí)用化國產(chǎn)半球諧振陀螺的關(guān)鍵所在。

為了達(dá)到加工中心的要求，提高半球諧振子的加工精度，本課題選擇了一種新型的運(yùn)動(dòng)控制器一.《²⁰⁰控制器。A3200控制器是基于mti_me實(shí)時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)和Microsoft Windows操作平臺(tái)的一種純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)，集成了運(yùn)動(dòng)控制、系統(tǒng)維護(hù)與診斷、PLC、訪問等功能。INdme實(shí)時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)可以與Windows共享硬件平臺(tái)，對(duì)硬件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。A3200控制器通過火線卡(IEEE-1394 )實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)器之間的通訊，簡單、高效且不受限制，可以最多提供32個(gè)軸的同步運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的硬件運(yùn)動(dòng)控制器相比，A3200控制器具有更好的靈活性，具有擴(kuò)展性的控制功能以及實(shí)時(shí)性的控制精度，擁有更高的性價(jià)比。

2搭建控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)

由于所要加工的半球諧振子的形狀是平型，屬于典型的薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。并且其材料為高品質(zhì)因數(shù)的熔融石英，屬于硬脆材料，加工過程中特別容易破裂,不易加工成型，常規(guī)的加工方法和及床不能使其具有較高的表面質(zhì)量和加工精度^[4]。因此，為了實(shí)現(xiàn)半球諧振子的超精密加工，課題組設(shè)計(jì)了具有特殊結(jié)構(gòu)的專用加工中心，該加工中心在加工過程中通過X、Y、Z、C四軸聯(lián)動(dòng)，在避免加工刀具與工件發(fā)生干涉造成工件破損的同時(shí),可以使工件的加工精度達(dá)到要求。

數(shù)控系統(tǒng)作為連接加工中心與控制器的橋梁，起著至關(guān)重要的作用。數(shù)控系統(tǒng)主要由輸人輸出裝置、速度控制單元、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、CNC裝置等組成。目前，開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有3種形式：PC嵌人NC的“NC+PC”復(fù)合式結(jié)構(gòu)，NC嵌人PC的“PC+NC”階梯式結(jié)構(gòu)，以及純軟件結(jié)構(gòu)。

本課題采用A3200控制器和IPC作為數(shù)控系統(tǒng)的主控單元，配有直線電機(jī)、滾珠絲杠.、精密直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器和編碼器等，共同構(gòu)成一個(gè)模塊化的開放式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。火線卡與IPC之間通過PCIe總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信，A3200控制器將控制指令通過火線卡傳遞給各驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器接收到信號(hào)后作用于各伺服電機(jī)，從而控制相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)指令要求的相關(guān)運(yùn)動(dòng)，最后位移和速度等信息通過編碼器反饋給A³²〇0控制器，A3200控制器將接收到的信息與發(fā)送的指令進(jìn)行分析比較并在完成控制功能后將分析結(jié)果顯示在軟件界面上。

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結(jié)束語：

① 以A3200控制器為核心搭建了數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，結(jié)合C++與A3200命令函數(shù)開發(fā)了數(shù)控系統(tǒng)的軟件界面。

② 本文針對(duì)A3200控制器特有的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)與手動(dòng)調(diào)節(jié)相結(jié)合，找到合適的參數(shù)對(duì)控制器進(jìn)行了優(yōu)化，使之與被控對(duì)象相匹配，從而使控制系統(tǒng)獲得更好的控制效果，提高運(yùn)動(dòng)精度。

③ 在之前工作的基礎(chǔ)上對(duì)半球諧振子毛坯件進(jìn)行了加工試驗(yàn)，通過毛坯件前后的粗糙度對(duì)比，可以看出加工精度可以滿足要求，也驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

基于A3200控制器的超精密加工中心控制系統(tǒng)

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