[實用新型]一種機床重力負載電氣配重的系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920248225.3
• 申請日: 2009-11-17
• 公開（公告）號: CN201548840U
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳虎;于德海;韓剛;于本宏;李文慶;王慶朋;鄭君民;徐道明
• 申請（專利權(quán)）人: 大連科德數(shù)控有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種機床垂直坐標控制方法，尤其涉及一種機床重力負載電氣配重的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

機床的垂直坐標由于運動部件重力作用，導(dǎo)致上行運動與下行運動負載差異大，常規(guī)的閉環(huán)控制很難同時滿足差異如此之大的兩種負載情況。傳統(tǒng)的技術(shù)方案采用機械配重或液壓氣動裝置配重解決此問題。機械配重將直接增加系統(tǒng)的運動慣量，將不利于機床快速工作；液壓氣動配重方案成本較高，存在阻尼大和“跑冒滴漏”的缺陷。因此一種更為有效的配重系統(tǒng)急需被研制。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型針對以上問題的提出，而研制一種利用閉環(huán)控制方法通過數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動的控制技術(shù)，在垂直驅(qū)動坐標驅(qū)動系統(tǒng)電流環(huán)增加轉(zhuǎn)矩偏移指令，在速度環(huán)和位置環(huán)分別采用不同的控制策略實現(xiàn)雙向的高性能運轉(zhuǎn)。實現(xiàn)對重力負載的電氣配重的系統(tǒng)。其具體技術(shù)方案如下：

對于垂直運動的坐標，重力負載是恒定存在的。為了抵消其作用，可以在對電機控制的電流環(huán)輸入端加一個恒定轉(zhuǎn)矩分量，其控制模型等效于電流環(huán)前饋。該轉(zhuǎn)矩分量可以根據(jù)垂向驅(qū)動電機與負載間傳動關(guān)系及重力負載計算得到。此外在速度環(huán)和位置環(huán)均區(qū)份正向運動和反向運動，采用不同的控制模型，以適應(yīng)正向負載和反向負載的差異。

一種機床重力負載電氣配重的系統(tǒng)，包括電流閉環(huán)控制器、位置閉環(huán)控制器、速度閉環(huán)控制器、位置反饋采集器、速度反饋計算器、電流采集器和實時鐘；

所述位置閉環(huán)控制器，用于進行系統(tǒng)位置閉環(huán)控制，并且其輸出作為速度閉環(huán)控制器的輸入指令輸入；

所述速度閉環(huán)控制器，用于進行系統(tǒng)速度閉環(huán)控制；

所述實時鐘，用于觸發(fā)各采集器、各控制器和計算器周期性的工作；

所述電流閉環(huán)控制器包括：電流比較器、電流調(diào)節(jié)器、PWM控制器和逆變器；

其特征在于還包括：平衡轉(zhuǎn)矩計算器，用于負責計算平衡垂直坐標重力所需的轉(zhuǎn)矩，并轉(zhuǎn)化為電流后，以指令的方式直接施加在電流閉環(huán)控制器中的指令端；

所述電流比較器，用于將速度閉環(huán)控制器計算輸出的電流指令與來自電流采集器的有效反饋電流進行比較求差，再與來自平衡轉(zhuǎn)距計算器求得的配重平衡電流求和，共同輸出給電流調(diào)節(jié)器；

所述電流調(diào)節(jié)器，用于進行電流環(huán)調(diào)節(jié)運算；

所述PWM控制器，用于將電流調(diào)節(jié)器輸出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為能夠驅(qū)動逆變器的PWM信號；

所述逆變器，用于在PWM控制信號的控制下，通過驅(qū)動開關(guān)功率器件，將直流電壓轉(zhuǎn)化為電機運轉(zhuǎn)所需的電流，進行電機的驅(qū)動；

所述平衡轉(zhuǎn)矩計算器同電流比較器相連接，所述速度閉環(huán)控制器和電流采集器分別與電流比較器相連接；所述電流比較器進行作差求和后將輸出傳送到與其相連的電流調(diào)節(jié)器進行運算后，將結(jié)果發(fā)送到與其相連的PWM控制器中進行PWM信號的轉(zhuǎn)換后，傳送到與PWM控制器連接的逆變器中進行電機的控制。

本實用新型提出的機床重力負載電氣配重的系統(tǒng)采用自動控制原理，通過數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動的控制技術(shù)，實現(xiàn)對重力負載的電氣配重，針對上行和下行不同的負載情況采用不同的控制策略，從而實現(xiàn)機床在垂直方向的雙向平穩(wěn)運行，同時避免了機械配重與液壓氣動配重的缺陷，簡化了機床結(jié)構(gòu)，提高了機床的性能和可靠性。由于其結(jié)構(gòu)簡單、便于生產(chǎn)，并且大幅度的降低了成本適于在豎直機床領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說明

圖1為本實用新型所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實用新型實施例的位置閉環(huán)控制器的控制流程圖；

圖4為本實用新型實施例的速度閉環(huán)控制器的控制流程圖。

具體實施方式

如圖1所示采用電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)的常用電機控制系統(tǒng)，在電流環(huán)輸入端加一個恒定轉(zhuǎn)矩分量，其控制模型等效于電流環(huán)前饋。控制系統(tǒng)可以有多種實現(xiàn)方式。對于電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)可以全部在伺服驅(qū)動器中實現(xiàn)；也可以全部在數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)；也可以僅有位置環(huán)或位置環(huán)及速度環(huán)在數(shù)控系統(tǒng)中，而電流環(huán)在伺服驅(qū)動器中。因此有關(guān)運算可以由數(shù)控系統(tǒng)的CPU或DSP軟件實現(xiàn)，也可以由伺服驅(qū)動的CPU或DSP軟件實現(xiàn)，也可以由數(shù)控系統(tǒng)中或伺服驅(qū)動中的FPGA可編程芯片實現(xiàn)。