[發明專利]數控機床多軸聯動伺服控制系統的控制方法

無效

• 申請號: 201010577998.3
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102075125A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 楊霞;劉鵬
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02P6/04
• 分類號: H02P6/04;H02P6/16
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域

本發明涉及數控機床領域，尤其指一種數控機床多軸聯動伺服控制控制方法。

背景技術

數控機床正朝著高速度、高精度、復合化的方向發展。復合化的目標是在一臺機床上利用一次裝夾完成大部分或全部切削加工，以保證工件的位置精度，提高加工效率。國外數控鏜銑床、加工中心為適應多面體和曲面零件加工，均采用多軸加工技術，包括五軸聯動功能。在加工中心上擴展五軸聯動功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系統的進一步集成化。最近國際機床業出現了一個新概念，即萬能加工，數控機床既能車削又能進行五軸銑削加工。五軸數控機床在國內外的實際應用表明，其加工效率相當于兩臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產流水線的投資。

目前多軸聯動數控機床所存在的問題是：系統中的每個電機驅動器都接收同一個命令信號，根據電機間的不同速度比例關系，這個命令信號經過控制器分配后加到各電機驅動器上，由于各個電機間沒有藕合，所以任何一個電機由于負載擾動或原因引起的速度變化都不會影響到其它電機的狀態。由于各個電機驅動器都同一個命令信號源，所以系統的同步主要依靠各電機驅動器對命令信號的跟蹤，當其中一個電機的負載變化而引起速度變化時，由于與其他電機沒有關聯，所以系統的同步性就會被破壞。這種同步方式也要求各個電機驅動器對主令有一致的跟隨特性，并且每個電機負載相同或者變化不大的情況。數控機床不同于普通機床的地方,在于數控系統具有很強的控制功能,?多電機同步控制是一個多變量、非線性、強耦合的控制問題，電機間的同步關系會因為多種原因而受到破壞，如果僅僅依靠伺服驅動器本身以開環的方式進行控制是遠遠不夠的，非耦合控制算法不適用于多軸聯動數控機床，而傳統的耦合控制，是以主電機的輸出作為從電機的輸入，這樣可以使得從電機精確地跟蹤主電機。當主電機出現負載突變或是速度跳變時，從電機可以隨時跟蹤主電機的變化，而不是系統給定值，達到兩個電機同步的需要。但是，如果系統中從電機出現負載突變或是速度跳變時，主電機因為沒有從電機的任何反饋信息，不能察覺到從電機運行情況的改變，而繼續跟蹤系統給定值，這樣就造成了兩臺電機的失同步。雖然從電機經過跟蹤主電機運動的調整，很快可以再保持與主電機的同步。但即使是這樣短暫的失步，對于多電機同步控制系統也會造成比較大的影響。

發明內容

發明目的：為解決數控機床高速度、高精度的同步控制需要，本發明提供一種先進的控制方法來應用于多軸聯動數控機床，它大大提高了數控機床的控制精度和嚴格同步的控制要求，利用現代先進的控制技術以及控制策略來實現本發明的控制目的，解決多軸聯動數控機床的核心問題。

技術方案：本發明是通過以下技術方案實施的：

數控機床多軸聯動伺服控制系統的控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

將一臺電動機作為主電動機，其余電動機均作為從電動機；

主電動機接收給定的輸入信號，而所有的從電動機共享主電動機的輸出信號作為其輸入信號；

將主電動機的給定位置參考量與從電動機位置反饋差值的調整量做比較后,作為被同步電動機的位置參考量,從而完成位置同步控制；

所述方法具體為：DSP芯片與上位機進行串行通信,接收主電動機和從電動機的起停、正反轉以及細分倍數選擇信號,這一過程也可以通過撥碼進行獨立控制；

DSP芯片根據接收的細分倍數信號,讀取存儲器中給定細分電流的數字控制信號,經過D/A芯片轉化為模擬電壓信號,與主電動機和從電動機繞組中的電流經過采樣電阻轉換成的電壓信號進行比較,產生斬波信號,從而對主電動機和從電動機的相電流進行控制；

主電動機和從電動機的起停、換相信號直接由DSP芯片的I/O口給定；

主電動機和從電動機共用1組細分I/O口及數據總線,通過相應的使能信號實現分時細分電流給定和位置數據讀取。

主電動機和從電動機的轉速及轉向通過SPI外圍電路進行顯示。

優點及效果：本發明可用于各種多軸聯動數控系統中，可以很好的解決數控機床多軸伺服聯動高精度同步控制問題，對研究機床多軸伺服聯動高精度同步控制技術也是有很大的幫助，對研究機床多軸聯動伺服系統在控制對象和參量變化時靜、動態性能的控制問題也提出了很多寶貴的建議，本發明系統還有很好的魯棒性，建立控制系統數學模型簡單方便，在本發明的基礎上，可以很好的研究機床多軸伺服聯動高精度同步控制策略與實現，從而能實現對任意性質有界擾動的抑制和對任意有界參考輸入的準確跟蹤，并且建立機床多軸伺服控制系統的控制模型和完成控制器的設計。

附圖說明：

圖1?為以三軸聯動數控機床伺服控制系統為例的機構簡圖；