基于时延估计的滚珠丝杠简化模型滑模控制
CSTR:
作者:
作者单位:

1南京航空航天大学机电学院, 南京 210016;2航空航天结构力学及控制全国重点实验室, 南京 210016;3哈尔滨工业大学郑州高等研究院,郑州 450000;4中国机械总院集团北京机电研究所有限公司,北京 100083;5南京工艺装备制造股份有限公司, 南京 211178;6中国航发贵州黎阳航空发动机有限公司, 贵阳 550014

作者简介:

通讯作者:

王尧尧,男,副教授,博士生导师,E-mail:yywang_cmee@nuaa.edu.cn。

中图分类号:

TP273

基金项目:


Simplified Model Sliding Mode Control for Ball Screw Drives Based on Time-Delay Estimation
Author:
Affiliation:

1College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China;2State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures, Nanjing 210016, China;3Zhengzhou Research Institute, Harbin Institute of Technology, Zhengzhou 450000, China;4China Academy of Machinery Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology Co., Ltd., Beijing 100083, China;5Nanjing Technical Equipment Manufacture Co.,Ltd., Nanjing 211178, China;6AECC Guizhou Li Yang Aviation Power Co.,Ltd., Guiyang 550014, China

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    摘要:

    感应淬火工艺对高精度相对运动控制要求严格,作为控制该过程的主要运动执行机构,滚珠丝杠进给系统的伺服控制精度直接决定了热处理质量。针对滑模控制在轨迹跟踪中稳态误差大且存在高频抖振的问题,提出一种基于时延估计并结合比例-积分-微分的非奇异快速终端滑模滚珠丝杠简化模型控制策略。仿真结果表明,在相同期望轨迹下,所提策略实现了高精度位置跟踪,最大跟踪误差由传统滑模控制的68.2 μm和变幂次趋近律滑模控制的28.4 μm显著降至13.8 μm。同时,该方法有效抑制了控制输入的高频抖振,输出了更为平滑连续的控制信号。有效提升了滚珠丝杠进给系统的伺服精度与运行平稳性,为高精度感应淬火加工提供了可靠的控制理论参考。

    Abstract:

    The induction hardening process imposes strict requirements on high-precision relative motion control. As the primary motion actuator for this process, the servo control precision of the ball screw drives directly determines the quality of the heat treatment. To address the issues of large steady-state error and high-frequency chattering in the trajectory tracking of sliding mode control (SMC), this paper proposes a simplified-model control strategy for ball screw drives, combining time-delay estimation with a PID-nonsingular fast terminal sliding mode (PID-NFTSM) control method. Simulation results demonstrate that under the same desired trajectory, the proposed strategy achieves high-precision position tracking, with the maximum tracking error significantly reduced from 68.2 μm in traditional SMC and 28.4 μm in variable power reaching law control, down to 13.8 μm. Simultaneously, this method effectively suppresses high-frequency chattering in the control input, yielding a smoother and more continuous control signal. This study effectively enhances the servo precision and operational smoothness of the ball screw feed system, providing a reliable control-theoretic reference for high-precision induction hardening processes.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

王尧尧,单文源,梁校,张文良,方俊博,冯宇,丁翔,周颖柯.基于时延估计的滚珠丝杠简化模型滑模控制[J].南京航空航天大学学报,2026,58(3):529-536

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  • 收稿日期:2026-03-18
  • 最后修改日期:2026-05-09
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  • 在线发布日期: 2026-06-18
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