[發明專利]一種基于電機和機床位置雙反饋的軸運動控制方法

有效

• 申請號: 201110367844.6
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN103123477A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 劉蔭忠;鮑玉鳳;楊東升
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅

技術領域

本發明涉及到數控機床控制領域，具體地說是針對帶外接位置傳感裝置反饋機床軸的動態修正運動插補的全閉環軸運動控制方法。?

背景技術

當今數控機床越來越多地被廣泛應用，同時對數控機床定位精度、重復定位精度也日益提高，原來絲杠加編碼器式的半閉環控制系統已無法滿足用戶的需求。半閉環控制系統無法控制機床軸傳動機構所產生的傳動誤差、高速運轉時傳動機構所產生熱變形誤差以及加工過程中傳動系統磨損而產生的誤差，而這些誤差已經嚴重影響到數控機床的加工精度及其穩定性。光柵尺等外接傳感裝置對數控機床各坐標軸進行全閉環控制，消除上述誤差，提高機床的定位精度、重復定位精度以及精度可靠性，作為提高數控機床位置精度的關鍵部件日益受到用戶的青睞。但對于機械傳動結構復雜、機械間隙較大或軸行程范圍內傳動線性較差的機床坐標軸來說，如果采用傳統全閉環控制方式，雖然一定程度上能夠滿足軸定位精度、重復定位精度，但存在運動控制過程中伺服電機轉速不平穩、易引起機床軸振動情況，一方面造成加工精度受到影響，另一方面還會造成加快機床傳動裝置的磨損。?

隨著現代制造業的迅速發展，機床結構也在不斷發生變化，比如出現了單伺服電機控制多機床坐標軸的機械結構，傳統的軸控制方式已經不能很好的適用于此類機床。而此類機床傳動結構復雜、機械間隙較大、軸行程范圍內傳動線性不穩定等，同樣需要外界位置傳感裝置實現定位。?

發明內容

針對現有軸運動控制的處理方法存在的問題，本發明的目的是提供一種可根據光柵尺等外接位置傳感裝置及伺服電機編碼器反饋動態修正插補位置，實現動態規劃運動軌跡，基于此方法，本發明可以在滿足定位精度、重復定位精?度的同時，保證伺服電機穩定運行，保證工件加工精度且延長機床的使用壽命。?

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于電機和機床位置雙反饋的軸運動控制方法，對軸運動指令利用伺服電機編碼器反饋與機床位置傳感裝置進行軸運動規劃，形成加工過程中的軸速度設置值，由軸控制部分實現加工過程中軸運動插補點，經PID控制實現對軸傳動裝置中伺服電機的平穩轉動。?

所述軸運動規劃為在軸運動過程中，通過機床軸最終執行端的外接位置傳感裝置所得軸反饋位置，與伺服電機編碼器反饋計算所得軸反饋位置，二者之差對軸運動規劃位置點不斷進行修正，重新計算運動規劃剩余距離。?

所述軸運動規劃處于規劃加速階段、規劃勻速階段或軸命令進給速度變化規劃階段時，軸控制采用基于電機和機床位置雙反饋動態修正的閉環控制，增加對上一周期插補命令位置點及規劃剩余距離進行全閉環修正：?

lastCmdPos＝LastCmdPos+posCorrection；?

remDis＝remDis-posCorrection；?

其中lastCmdPos表示上一周期的插補命令位置點，posCorrection表示軸位置反饋修正量，remDis表示規劃剩余距離；PID控制采用基于電機和機床位置雙反饋動態修正的閉環PID控制；?

所述軸運動規劃處于規劃減速階段或定位完成階段時，軸控制采用全閉環控制；PID控制采用全閉環PID控制；?

所述軸運動規劃處于軸無運動階段時，軸控制采用半閉環控制；PID控制采用軸定位點半閉環PID控制。?

所述半閉環控制，是指拋開機床軸執行終端的直接反饋，即外接位置傳感裝置。?

所述全閉環控制，是指在機床軸的最終執行端設置監測，即外接位置傳感裝置，反饋回的信號直接用于機床軸運動的調整，而與伺服電機編碼器的反饋無關。?

所述外接位置傳感裝置可以為光柵尺、球柵尺，也可以為旋轉軸的外接編?碼器。?

本發明具有以下優點：?

1.適應性強。凡是采用軸運動控制的機床，具備執行終端位置反饋，不管是線性坐標軸，還是旋轉軸，不管是采用光柵尺、球柵尺，還是外接位置編碼器，都可以采用本發明的方法。?

2.機床軸定位精度、重復定位精度可得到保障。在定位完成階段采用全閉環控制，可保證軸定位精度，而傳統全閉環控制方法需要全程全閉環控制，雖然也能夠保證定位精度，但要求機床軸機械傳動性好，對于傳動性較差的機床軸易引起震動，甚至出現過動情形。?

3.速度平滑度高、動態性好。本發明在不同運動階段采用不同的運動控制方式，在速度規劃過程，引入軸插補位置的動態修正機制，既避免了為保證速度規劃的平穩性而帶來的實際電機運轉的不穩定，也保證軸運動速度的平穩性，同時較完全采用全閉環控制而言，可調高伺服環速度比例增益，減小隨動誤差，提高加工精度。?