[發明專利]總線式伺服雙軸同步控制方法

無效

• 申請號: 201010581268.0
• 申請日: 2010-12-09
• 公開（公告）號: CN102540965A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王志成;何平;孫宇;王廣宇;劉洋;陳猛
• 申請（專利權）人: 沈陽高精數控技術有限公司
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李曉光

技術領域

本發明涉及計算機數字控制的雙軸同步控制技術，具體地說是一種總線式伺服雙軸同步控制方法。

背景技術

隨著數控技術的推廣，大型數控設備被廣泛地用于各種機械加工領域以滿足一些體積較大、精度較高、生產周期要求短的工件的加工需求。在這些大型的龍門式和橋式數控設備的機床控制中，雙軸同步驅動技術已成為一種常見的控制方法，如動梁式龍門銑床的橫梁升降控制，龍門框架移動式加工中心的龍門框架移動控制等。

雖然在這些情況下，可以采用一臺電機通過傳動鏈將運動分配到同步運動軸的方案，但存在傳動鏈較長、傳動機構復雜、間隙誤差大且無法補償，以及維護困難等問題。因此，采用兩個電機同步驅動運動機構的兩邊，已成為當前解決機床中同步控制問題具有代表性的方案。所謂雙軸同步驅動，就是一個坐標的運動指令能夠驅動兩個電機同時運行，通過對這兩個電機移動量的檢測，將位移偏差反饋到數控系統獲得同步誤差補償，其目的是將主、從兩個電機之間的位移偏差量控制在一個允許的范圍內。從整體結構來看就是采用雙電機、雙檢測的同步進給驅動系統。

近年來，雙軸同步驅動技術在數控機床中的應用越來越成為業界的熱點。從已經具備雙軸同步控制功能的控制系統來看，同步控制功能均由數控系統提供，如目前市場上廣泛使用的高檔數控系統，西門子840D提供了龍門軸功能，FANUC-18i數控系統提供了簡易同步控制軸功能等。同步控制功能由數控系統實現，雖然解決了同步軸控制問題，同時也帶來很多弊端，如增加了數控系統的負擔，接口復雜，難于擴展為多軸同步功能等。隨著數字通訊技術的發展，現場總線技術已經成功地引入到控制領域，成為各功能模塊如計算機控制器(Computer?Numerical?Controller，CNC)、伺服驅動器等之間進行數據交換的手段。現場總線有抗干擾、通訊靈活、易聯接、成本低等諸多優點，是未來的發展趨勢。目前也已形成多種總線相互競爭的態勢。現場總線的使用及DSP技術的發展，都要求與控制相關的功能下移到伺服中實現，以充分地利用伺服的控制優勢，提高控制的響應頻率和控制性能。因此研究基于現場總線的同步軸控制功能符合數控技術的發展趨勢。而目前能夠滿足上述要求的總線式伺服雙軸同步控制方法及實現裝置尚未見報道。

發明內容

針對現有雙軸同步控制技術中數控系統負擔過重、擴展困難、同步控制精度低等的不足之處，本發明要解決的問題是提供一種總線式伺服雙軸同步控制方法。本發明通過改進現場總線通信功能，使其支持分布共享通信；將兩個伺服軸分別設為主動伺服軸和從動伺服軸；在從動伺服軸中增加同步控制器，以控制主、從動伺服間的同步誤差。基于此方法，本發明采用高精的伺服平臺開發雙軸同步控制實現裝置，以實現數控機床中雙軸同步驅動的高精度控制。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明總線式雙軸伺服同步控制方法包括以下步驟：

采用總線式控制系統結構，將兩個需要同步的伺服軸分別設置為主動伺服軸和從動伺服軸；

從動伺服軸通過現場總線獲取CNC的位置指令與主動伺服軸的位置反饋信息；

從動伺服軸利用上述獲得的指令與反饋信息，在內部建立同步控制器，利用同步控制器對從動軸進行同步誤差控制。

主動軸與從動軸設置方式為：通過伺服驅動器軟件實現同步控制中兩種伺服的功能設置，主動軸即為普通的位置伺服控制系統，從動軸除了實現普通的位置伺服控制系統外，還要有兩方面的功能：一是監視總線，獲取主動軸的位置給定和反饋信息；二是同步控制功能。

從動軸信息獲取方式為：通過現場總線的旁聽從站功能和信息共享功能的支持，從動軸從現場總線上獲取CNC發送給主動軸的位置指令和從動軸的位置反饋數據；以主動軸的位置指令與從動軸的位置反饋數據的偏差作為同步控制器的輸入。

現場總線旁聽功能為：在常規的現場總線中，主站與每個從站建立連接，在與從站進行實時通訊的同時，監視從站的運行狀態。

信息共享功能為：CNC和伺服驅動器掛接到現場總線上，通過現場總線實現數據共享，總線上傳輸的數據在每個設備都有相同的拷貝。

同步控制器的設置過程為：以主動軸和從動軸的同步位置偏差作為輸入，建立一個單輸入單輸出的控制系統作為同步控制器，在主動軸和從動軸的相對位置上形成一個閉環控制，其輸出作為一種補償附加到從動軸伺服位置指令上。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果及優點：

1.系統結構簡單，便于擴展。基于現場總線的控制系統結構，只要再增加從動伺服軸，即可將雙軸同步控制擴展成多軸同步控制，對CNC沒有特殊要求。