基于Lyapunov指数谱的大型数控机床动态轨迹误差分析与评估新方法

大型数控机床体积庞大、结构特殊，其动态轨迹误差的分析与评估目前仍沿用小型数控机床的方法，没有考虑其特殊性，给误差溯源及机床调试与诊断带来很大困难。针对这一特殊问题，在分析其成因的基础上，本课题以混沌时间序列分析方法为手段，以Packard重构相空间为工具，以Lyapunov指数为指针，结合奇异分析滤波方法，试图从混沌分析的新视角发现大型数控机床动态轨迹误差时间序列的Lyapunov指数谱的分布规律，并结合大量实验进行验证。进而以Lyapunov指数谱为核心，深入分析和总结各种结构形式的大型数控机床的动态轨迹误差行为，揭示机床结构形式、时间序列的混沌运动水平、机床的动态轨迹误差大小三者之间的内在关系，提出适合大型数控机床动态轨迹误差调试的评估准则及指标，探索显著缩短大型数控机床动态误差调试与诊断时间的新方法。

大型数控机床体积庞大、结构特殊，其动态轨迹误差的分析与评估目前仍沿用小型数控机床的方法，没有考虑其特殊性，给误差溯源及机床调试与诊断带来很大困难。针对这一问题，本课题以混沌时间序列分析方法为手段，以重构相空间为工具，以Lyapunov指数为指针，探索分析、评估大型数控机床动态轨迹误差的新方法。. 课题首先设计了面向大型数控机床动态轨迹误差的实验测试方案，规划了大型龙门数控机床XY平面上内3×N的测试点布局方式，具有既能全面反映大型数控机床的动态轨迹误差、又有较高的测试效率的特点。在此基础上分阶段对工厂车间的46台大型数控机床进行了动态轨迹误差实验，取得482个样本数据。. 课题采用最小二乘圆法（LSC）评定了所获得样本的圆度误差，提出了三种方法来综合衡量包含3×N个测试点的机床整体动态误差：最大圆度误差法、数据密化法、数据平均法。得到的圆度评定值依次减小。其中数据密化法是在充分利用所有测量点的情况下得到的，为机床动态精度分析提供一个折中的方法，可以在实际应用中使用。. 课题总结了混沌时间序列的Lyapunov指数的数值计算方法，以Packard重构相空间为工具，提出了改进的C-C方法并在不同条件下以Lorenz混沌系统、Rossler混沌系统为对象进行了大量的计算验证。最后应用于大型数控机床动态轨迹误差的分析中，得到了各测试点的Lyapunov指数。研究发现这些指数均大于零，说明具有一定的混沌性质；由于指数数值较小，说明系统混沌程度较轻。. 为了测试机床任意轨迹和速度下的动态特性，课题研究了非接触式微涡流传感器测试方法，设计了微线圈的烙版图，采用UV-LIGA工艺制作了方形和圆形微线圈，线宽分别为10μm×10μm、20μm×15μm和30μm×15μm。. 课题基于嵌入式Linux平台研究了微涡流传感器系统的无线数据采集方法，构建了模拟环境，进行了数据传输实验，发现WIFI方式具有很好实时数据传输效果，为同时进行动态轨迹误差测试与远程监控打下了基础。