本文是一篇工程论文，本文旨在提高机床的加工精度和加工效率。从机床自身的角度看，影响加工精度的误差主要分为动态误差和静态误差。动态误差与系统的动态特性有关，对系统进行精准控制的前提条件是得到系统的动态特性，而其中的关键就是先要辨识出系统的转动惯量；静态误差是机床及其组件在生产、制造、装配过程中产生的误差。
1 绪论
1.1 研究背景与意义
“中国制造2025”提出以来，我国制造业高速发展，尤其在电子产品的集成和封装规模上已处于世界前列。随着科学技术的不断发展和进步，人们对电子产品变得更加依赖，要求其更小，更轻，更薄。这就使得电子产品的高度集成化成为了必然的趋势。电子封装技术应运而生，它在手机、电脑、LED液晶屏、晶振元件、电路板等生产生活中的各个领域以及航空航天等军工企业都有广泛的应用。
作为最新一代表面贴装技术之一，点胶封装技术在工业领域得到了非常广泛的应用。点胶封装技术[1]是先将电子元器件贴合固定在电路板上相应的位置，然后规划好点胶轨迹并编写相应的程序，通过运动控制器驱动点胶头，点胶头均匀喷射胶体对电路板上的电子元器件进行固定，封装。
按是否与工件接触，点胶机主要分为接触式和非接触式两种。由于电路的复杂性越来越高，为了避免点胶针头对工件造成损伤，如今的点胶机大多数都应用的是非接触式点胶技术。按自动化程度，点胶机主要分为半自动、桌面式可编程以及全自动三种。半自动点胶机结构简单，成本低，容易操作，但只适合单件手工点胶，精度低。桌面式可编程点胶机能控制三轴进行联动，但由于电子元器件之间的空隙过于狭窄以及点胶轨迹的错综复杂，导致编程难度过大且点胶速度和点胶精度都难以保证。全自动点胶机采用的是五轴联动技术，和三轴相比更加灵活，通过多出来的两个旋转轴进行旋转，可以按照实际需求任意调整点胶针头与工件之间的夹角，使得狭小空隙之间的点胶变得轻松。同时，五轴联动可以形成空间任意运动轨迹，运动精度高。只需一次装夹，即可完成复杂图形的点胶，减小了装夹误差。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 电机转动惯量辨识研究现状
随着数控技术与现代控制理论的快速发展和实践，人们对永磁同步电机矢量控制的研究和应用取得了巨大的成效。由于永磁同步电机具有效率高、体积小，结构简单等众多优点，使其在家电、工业、汽车、航天等领域的应用十分广泛[3]。永磁同步电机相比直流电机控制性能和精度更好。比异步电机损耗更小、工作效率也更高[4]。永磁同步电机正呈现出全数字化、智能化柔性化的发展趋势。
随着控制技术的高速发展，人们对伺服系统的控制精度、鲁棒性都有很高的要求。国内外许多专家学者也都相继提出了许多先进的控制技术，例如模糊控制、神经网络控制等。进行以上控制的前提是得知道电机的相关参数，其中电机的转动惯量是对控制效果影响最大的参数之一。转动惯量变大，将使得系统响应变慢，动态性能降低；转动惯量变小，将导致系统响应出现超调或者震荡[5]。准确辨识出控制系统的转动惯量，并将辨识得到的转动惯量值输入到控制器，进行控制器参数的在线自整定，对提高伺服系统的控制精度显得尤为重要。
目前，转动惯量辨识方法分为离线法和在线法两大类：离线辨识方法主要是加减速法；在线辨识方法有：最小二乘法、状态观测器辨识法、模型参考自适应法等。
（1）加减速法
加减速法是在电机开始运转前，给永磁同步电机发参考运动指令，使其按给定的参数做匀加速运动和匀减速运动,经过多次实验，在得到所有的实验数据之后，对其进行分析计算，得到一组转动惯量的值，然后取转动惯量的平均值作为辨识出的转动惯量值。加减速法算法和操作都非常简单，但是需要大量的计算，辨识的精度和效率都很低。
（2）最小二乘法
最小二乘法又称最小平方法，它是先将待辨识系统线性化，然后建立最小二乘模型，计算出该系统的估计值并与系统实际的输出值相减，最后再将差值进行平方求平方和。当平方和达到最小时，则认为待辨识的转动惯量的辨识值与实际系统的转动惯量真实值十分接近。最小二乘法简单适用，并且能和别的算法结合得到新的辨识效率和精度都很高的算法。但是此算法只能保证均方误差和最小，不能保证辨识出的值为最佳，导致精度不稳定。
2 五轴点胶机动态误差分析与辨识
2.1 引言
随着点胶技术的快速发展，人们对点胶精度的要求也不断提高。影响点胶精度的原因主要有：1）数控工作台的制造与装配精度；2）点胶伺服系统的动态特性；3）运动控制器内部实现空间平面位置的插补算法、速度控制算法等；4）点胶阀及液压系统的设计；5）点胶视觉系统设计；6）胶液的种类及点胶的方式等等。综合以上，点胶机在点胶加工的过程中主要会产生动态误差和静态误差这两种误差，其中动态误差主要与伺服系统的动态特性有关，而对伺服系统动态特性影响最大的是系统的转动惯量。转动惯量增大，会使得系统响应变慢，动态性能减弱；转动惯量变小，则会使速度响应产生超调或者震荡现象，甚至导致系统不稳定。准确辨识出控制系统的转动惯量，并将辨识得到的转动惯量值输入到控制器，对控制器里的相关参数进行进一步的修正，可有效提高系统的控制性能[18]。 本章以L公司五轴点胶机中提供动力的A1系列交流伺服电机作为研究对象，对五轴点胶机的动态误差分析与辨识。
L公司的A1系列交流伺服电机类型为三相永磁同步电机（PMSM），为了直观的反应它的一些特性，首先需要得到PMSM的数学模型。本章主要建立了PMSM的矢量控制模型，介绍了PMSM矢量控制的原理，并对控制系统进行仿真分析，然后介绍了模型参考自适应算法的原理，并设计了模型参考自适应辨识算法对三相PMSM进行转动惯量的辨识仿真。
2.2 三相永磁同步电机的数学模型
三相永磁同步电机主要由定子、转子和永磁体三部分组成[19]，根据转子的位置不同，又分为表贴式转子结构和内置式转子结构。相比于内置式转子结构，表贴式转子结构具有转动惯量小、结构简单、易于制造等优点。被作为三相PMSM的主要转子结构。电机内部的结构非常复杂，为了便于研究分析需要将永磁同步电机看作理想电机，然后再对其进行数学建模。
如图2-1所示，可采用静止坐标变换（Clark变换）和同步旋转坐标变换（Park变换）来对自然坐标系下的三相PMSM数学模型进行简化[21]。其中：坐标系ABC为三相自然坐标系，坐标系d-q为两相同步旋转坐标系，坐标系α-β为两相静止坐标系。
3五轴点胶机几何误差分析与运动学建模 .................................. 28
3.1 引言 ................................... 28
3.2 五轴点胶机几何误差定义 ....................... 29
4 基于球杆仪的五轴点胶机几何误差辨识的研究 ....................... 40
4.1 引言 ............................. 40
4.2 球杆仪测量原理介绍 .................... 40
5 S形曲线升降速算法优化设计及运动控制器性能测试 ...................... 54
5.1 引言 ................................ 54
5.2 T形、S形曲线升降速控制算法的设计计算 ....................... 54
5 S形曲线升降速算法优化设计及运动控制器性能测试
5.1 引言
对具有复杂的不规则曲面的微型电子元器件进行点胶加工时，由于加工难度大，需要在系统中以无限逼近的方法用微小直线段来拟合曲线轨迹[54]，从而实现对五轴点胶机的运动控制，对复杂工件进行精准点胶。在运动控制过程中，选择合适的加减速算法至关重要。如果采用传统的梯形加减速，将使电机在每个微小直线段上都进行加速、（匀速）、减速至停止的运动过程，频繁的加减速控制不仅会降低实际点胶的点胶效率，还会由于加速段末尾以及减速段开头处出现的加速度突变[55]，产生冲击，导致点胶精度也受到影响，严重的还会减小电机的使用寿命。指数形加减速与梯形加减速相比，其加减速曲线更加平滑，但是在加减速的始末位置任然存在加速度突变。三角函数柔性加减速[56]能够实现速度、加速度、加加速度的连续可导，冲击小且模型简单。但其在数控系统中进行数据处理时会导致精度丢失，因此，不适用于对精度要求很高的点胶系统。高次多项式加减速需要构建复杂的数学模型，对数控系统的运算能力具有很高的要求，运算时间长，影响点胶效率。S形加减速[57]的速度曲线平滑，能够在加速、（匀速）、减速各个阶段的衔接处实现平滑切换，更加符合电机的速度变化规律，使得点胶过程更加平稳。并且相对于高次多项式加减速建模更加简单，只对高中物理所学的速度、位移、时间之间相互关系的几个公式进行简单的微积分即可，计算量也较小。摇篮式五轴点胶机控制系统采用S形升降速控制算法，可以提高点胶的效率和平稳性[58]。本章就T形和S形两种升降速模式进行算法分析和实验验证，研究不同升降速模式对运动控制误差的影响。
6 总结与展望
6.1 本文总结
本文旨在提高机床的加工精度和加工效率。从机床自身的角度看，影响加工精度的误差主要分为动态误差和静态误差。动态误差与系统的动态特性有关，对系统进行精准控制的前提条件是得到系统的动态特性，而其中的关键就是先要辨识出系统的转动惯量；静态误差是机床及其组件在生产、制造、装配过程中产生的误差。从运动控制的角度看，控制器内部的控制算法也对机床的加工精度产生重要的影响，在高速加工的过程中体现的尤为明显。为了提高机床的加工精度，本文主要的工作和研究内容如下：
（1）为了研究动态误差对点胶精度的影响，以L公司为五轴点胶机提供动力的A1系列交流伺服电机为研究对象，着重研究转动惯量这个
