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1、多功能动态精度实验系统的误差溯源摘要伴随着动态测量技术的不断发展，在精密工程领域，对测量系统和测量仪器的动态测量精度要求也愈来愈高。为了提高设备精度，必须了解设备动态测量误差，动态误差已经成为精度理论研究中迫切需要解决的课题。本文以多功能动态精度实验系统作为研究对象，研究动态误差的建模，分解与溯源的理论与方法。系统以伺服电机作为整个系统的驱动装置，以电机内置编码器的输出信号作为动态测量的标准量，并与同步采集的圆光栅信号、长光栅信号进行比较，利用数据采集卡同步采集系统输出的三路信号，实现动态误差的分离。根据系统组成结构及传递关系，建立了全系统动态误差模型，并分析了各个误差源的性质及其变化规律；应
2、用经验模态(EMD)法对系统实际的动态误差进行分解，分析主要的误差分量；结合系统的动态误差模型，进行比对与溯源，确定影响系统精度的主要误差源及其性质，为进一步提高系统精度和结构的优化设计提供相应的理论依据。关键字：动态误差经验模态分解法误差建模误差溯源Error Tracing to the Multifunctiona|Dynamic ErrorExi talExperimenta Sv，stemABSTRACTWith the deVelopment of the dynamic measurementtechnology，the requirementof dynamlc accurac
3、y of the measurement systems and measurementinstlllments ismgher and王1igher in the field of precision engineeringIn order to imDrove thecuracy of the equipment，dynamic errors of the system must be grasped，which haSbecome an urgent subj ect in theaccuracy theory research1he experimental system of mul
4、tifunctional dynamicprecision Was studied aS asubject，and the model of dynamic error,the theories and methods ofdecompositionandtraceability has been discussed in the paper1 he system uSed servo motor as the driver equipment，andconsidered the outputslgnaJ of coder build-in motor as the standard of t
5、he dyn锄ic meaSurementTheoutput slgnaIs of the round raster and grating was compared with the standardsignalsynchronouslyIhe data acquisition card was used to gather the three outputsignaI ofsystem synchronously,and separated the dynamic errorAccording to the structure and the transitive relation of
6、the system，the dvn锄iceHor model of the full system were established，the quality and the1aw ofdiversification of the various error sources have been analyzedThe method ofempmcal mode(EMD)has been applied to decompose the actual dyn锄ic errors，andthe maln components of the errors have beenanalyzedCompa
7、red with the model ofdyn锄坨error and the system，the main sources of error and their qualities were1dentified，which affect the accuracy of the systemIt Can provide the theoretical basisIbr furthenhancing the accuracy of system and optimizing the structuraldesignKey words：dynamic e啷empirical mode decom
8、positi。nmeth。d；err。rm。deling；error tracing致 谢本学位论文是在陈晓怀教授的悉心指导和亲切关怀下完成的。导师最大限度地提供了良好的学习和科研条件。从课程学习到项目论证、研究、实验和论文的撰写过程中，陈老师始终给予了我悉心地指导，倾注了大量的心血，使得课题的研究取得了很好的成果，论文也得以顺利完成，我的专业技术和科研能力也得到提高。陈老师渊博的学术知识、严谨的治学态度和诲人不倦的敬业精神，使我受益匪浅。在此，向尊敬的陈老师表示衷心的感谢和最诚挚的敬意。此外，还要感谢程真英老师对我读研期间的帮助和科研上热忱的指导，使我的小论文在陈老师和她的精心指导，得以在核
9、心期刊发表。在此在此感谢两位老师对我的帮助和指导。感谢贾振、曹雪梅、陈小吴、陈晓峰、李高峰、陈贺、盛硕、高伟、程银宝等同门师兄弟，在我的学习、科研和生活中，他(她)们给予了很多启发和帮助，并使我研究生期间的生活增添了很多快乐。感谓我的高中、大学同学们，是你们让我在上学期问懂的了什么是友谊、什么是快乐。最后，我要感谢我的家人尤其是我的父母对我坚持不懈的支持，感谢一切曾经鼓励、支持和帮助过我的人，衷心的谢谢大家!作者：杜国山2012年4月目录第一章绪论111误差理论发展现状及精度理论研究的意义1111误差理论发展现状1112误差精度理论研究的意义212动态测量误差理论的发展现状313课题来源及研究
10、内容4131课题来源4132主要研究的内容4第二章动态测量误差的分解与溯源理论621动态误差分解与溯源理论研究的意义6211溯源理论的提出6212动态误差分解与溯源的研究意义622全系统动态误差建模理论823动态测量系统误差分解方法9231基于傅立叶谱分析方法的误差分解92-32基于BP神经网络分析方法的误差分解10233基于小波分析方法的误差分解12234基于经验模态(EMD)方法的误差分解13第三章多功能动态精度实验系统的误差建模1631系统原理及结构设计16311系统总体结构16312系统设计原理17313系统的工作原理1 832系统误差源分析与建模19321系统误差组成19322伺服电
11、机系统的简介2133减速箱误差分析与建模2l331减速箱的机械误差21332减速箱传动误差21333齿厚偏差及其累积误差24334空回误差2534一维移动系统的误差分析与建模28341滚珠丝杆固有误差28342滚珠丝杠结构的装配误差32343运行误差33344弹簧管联轴器34345长光栅系统误差3535系统误差的合成38第四章系统动态误差的分解与溯源4041系统信号的输出40411电机编码器输出信号40412圆光栅编码器信号输出41413长光栅信号的输出4242基于EMD经验模态分析法的数据分解与溯源43421动态测量误差的线性分解44422动态测量误差的周期性信号分解4643多功能动态精度实验系统的误差溯源51431伺服电机减速箱误差溯源5 14-32减速箱一工作台误差溯源53433伺服电机一工作台误差溯源55第五章总结与展望5851工作总结5852展望59参考文献60攻读硕士学位期间发表的论文63插图清单图21混联式测量系统结构8图22混联式测量系统结构9图23傅里叶变换频率分析结果10图24 EMD分解过程15图31系统总体结构框图16图32系统原理框图17图33多功能动态精度实验系统机械机构图18图34动态精度实验系统误差源20图35减速箱机构示意图23图36螺纹牙形半角误差对旋合性的影响30图37螺纹中径误差对传动精度的影响示
