[發(fā)明專利]基于伺服刀架控制器的伺服電機(jī)的優(yōu)化控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210445725.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103801973A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓洋洋;杜桂紅;代兵;劉洋;孫宇;王廣宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)高精數(shù)控技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B23Q3/16
• 分類號(hào): B23Q3/16;B23Q3/155
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控刀架控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于伺服刀架控制器的伺服電機(jī)的優(yōu)化控制算法。

背景技術(shù)

伺服刀架是機(jī)床的高檔功能性附件,此類刀架與傳統(tǒng)的液壓刀架相比具有可靠性高、轉(zhuǎn)位快、剛性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。由于國(guó)內(nèi)針對(duì)伺服刀架的研發(fā)起步要比國(guó)外晚，因此在轉(zhuǎn)位時(shí)間、轉(zhuǎn)位精度等技術(shù)品質(zhì)上，我國(guó)的伺服刀架與世界先進(jìn)水平相比，仍存在很大的差距，國(guó)內(nèi)還鮮有成熟的針對(duì)伺服刀架的專業(yè)伺服產(chǎn)品系列，目前國(guó)內(nèi)主流的刀架控制方案有兩種：1.以普通伺服為主體，伺服刀架的選刀、定位、鎖緊等動(dòng)作通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制，數(shù)控系統(tǒng)將刀位轉(zhuǎn)換成給伺服驅(qū)動(dòng)器的指令脈沖數(shù)，來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)伺服刀架旋轉(zhuǎn)；2.以普通伺服為主體，外加一個(gè)單片機(jī)，單片機(jī)接收上位機(jī)發(fā)送的目標(biāo)刀位等信息，再將目標(biāo)刀位轉(zhuǎn)換成給伺服驅(qū)動(dòng)器的指令脈沖數(shù)，從而驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)伺服刀架旋轉(zhuǎn)。上述兩種控制方案的不足之處在于額外占用系統(tǒng)資源，無(wú)端的增加了成本，降低了設(shè)備的可靠性。

伺服刀架在鎖緊的過(guò)程中，由于機(jī)械制作工藝、定位精度等原因有時(shí)會(huì)出現(xiàn)定位銷的頭部與上刀體的銷孔之間存在些許的偏差，使得伺服刀架在鎖緊的過(guò)程中定位銷不能完全被壓入銷孔中，此時(shí)機(jī)械力會(huì)將定位銷強(qiáng)制性地壓入到銷孔，由于此時(shí)電機(jī)仍處于通電狀態(tài)，這樣會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)p壞電機(jī)和伺服刀架控制器。

隨著先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)床對(duì)數(shù)控刀架轉(zhuǎn)位換刀的效率要求越來(lái)越高，而要實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)位換刀，就必須要面臨的一個(gè)問(wèn)題就是在啟停的過(guò)程中對(duì)機(jī)械的沖擊。傳統(tǒng)的刀架控制器對(duì)位置的控制方式常用的大都是直線加減速控制、指數(shù)加減速控制、S曲線加減速控制，上述控制方式雖然一定程度上解決了啟停過(guò)程中對(duì)機(jī)械的沖擊問(wèn)題，但是仍無(wú)法解決提高換刀效率和降低機(jī)械啟停沖擊的矛盾，即要想降低機(jī)械啟停沖擊，就無(wú)法最大程度的提高換刀效率；要想提高換刀效率，就無(wú)法保障最大程度的降低機(jī)械啟停沖擊，尤其是在小慣量電機(jī)帶動(dòng)大慣量負(fù)載的情況下，伴隨著機(jī)械啟停沖擊會(huì)出現(xiàn)伺服電機(jī)過(guò)流的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供了一種基于伺服刀架控制器的伺服電機(jī)的優(yōu)化控制算法，本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

基于伺服刀架控制器的伺服電機(jī)的優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

伺服刀架控制器接收到上位機(jī)換刀指令后，自動(dòng)生成伺服刀架的最短換刀路徑，將該路徑作為伺服電機(jī)帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)的所需的轉(zhuǎn)位位移，利用速度規(guī)劃算法得到換刀過(guò)程中伺服電機(jī)任意時(shí)刻的速度及位移，將位移作為伺服電機(jī)給定值進(jìn)行位置閉環(huán)控制，帶動(dòng)刀盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)位換刀動(dòng)作；

在刀盤(pán)轉(zhuǎn)位換刀動(dòng)作時(shí)，采用扭矩輸出分時(shí)控制算法限定伺服刀架控制器的扭矩輸出，伺服刀架控制器將該扭矩輸出至伺服電機(jī)控制刀盤(pán)完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。

所述自動(dòng)生成伺服刀架最短換刀路徑包括以下步驟：

伺服刀架控制器接收到上位機(jī)換刀指令后，將其轉(zhuǎn)換為目標(biāo)刀號(hào)n₁；將目標(biāo)刀號(hào)n₁與當(dāng)前刀號(hào)n₂作差，得到差值e₁；

將刀盤(pán)總刀位數(shù)n₃與e₁的絕對(duì)值|e₁|作差，得到差值e₂；判斷|e₁|與e₂的大小關(guān)系：若|e₁|大于e₂，則換刀過(guò)程所需轉(zhuǎn)過(guò)的刀位數(shù)若|e₁|小于等于e₂，則換刀過(guò)程所需轉(zhuǎn)過(guò)的刀位數(shù)e₃＝e₁；

根據(jù)得到轉(zhuǎn)位位移；如果總轉(zhuǎn)位位移s為正，表示電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果s為負(fù)，表示電機(jī)反轉(zhuǎn)；其中，m為伺服刀架減速機(jī)減速比，encoder為伺服電機(jī)編碼器線數(shù)。

所述速度規(guī)劃算法采用多段式曲線加減速算法包括以下步驟：

將伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的加減速曲線分成加速段、勻速段和減速段；加速段和減速段分別分割成多段形狀相似但加速度變化率不同的曲線段；其中，加速段中的每個(gè)曲線段包括加加速段和減加速段；減速段中的每個(gè)曲線段包括加減速段和減減速段；