[發明專利]一種多軸聯動管道插補全閉環運動控制方法

有效

• 申請號: 201310534078.7
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN104597846A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 劉萌忠;鮑玉鳳;楊東升;孫維堂
• 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: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及到全閉環數控機床控制領域，具體地說是針對雙位置傳感裝置反饋機床軸的多軸聯動管道運動插補的全閉環運動控制方法。

背景技術

當今數控機床已被廣泛應用，高精度、高速度加工及低成本始終是先進制造業加工工藝的矛盾存在，對數控機床多軸聯動輪廓精度、定位精度、重復定位精度也日益提高，現有數控技術不能完美解決帶分配軸復雜傳動裝置結構多樣化所帶來的多軸聯動運動控制要求。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以及加工過程中傳動系統磨損而產生的誤差等，無法滿足加工工藝的控制要求。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，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，比如出現了帶分配傳動裝置的伺服電機控制多機床坐標軸的機械結構，傳統的運動控制方法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，同時更加需要合適的運動控制方法實現全閉環聯動。

發明內容

針對現有運動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在動態修正運動軌跡插補位置基礎上增加管道插補方法，實現動態規劃運動軌跡。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種多軸聯動管道插補全閉環運動控制方法，對已規劃運動軌跡插補點通過動態修正方法重新計算獲得修正后的運動軌跡插補點，通過加減速方法得到新的軌跡插補點；再以此插補點為圓心、以最大輪廓允許誤差為管道半徑、以運動方向為法矢量，通過雙反饋偏差對新的軌跡插補點進行管道內偏移規劃進而得到空間軌跡目標位置點；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。

所述動態修正是通過各個機床軸外接位置傳感裝置所得反饋坐標位置，與各個伺服電機編碼器反饋計算所得反饋坐標位置，以二者之間對應關系對位置點不斷進行修正，重新計算已規劃軌跡點。

所述最大輪廓允許誤差是指加工工件實際輪廓與理論輪廓之間允許存在的最大誤差值。

所述雙反饋偏差是指各軸由外接位置傳感裝置得到的機床軸實際位置與伺服電機編碼器反饋計數得到的半閉環位置值之差。

所述通過雙反饋偏差對新的軌跡插補點進行管道內偏移規劃進而得到空間軌跡目標位置點，具體為：

若L<Emin，則Pn即為P_n^C，否則

Ln=L*Sc;

if(Ln>Er){Ln=Er;}

根據Pn、Ln及Po’至Po”的方向向量得出P_n^C；

其中，L表示管道插補半徑偏移計算的來源條件，由雙反饋位置及軌跡方向計算所得，Emin表示輪廓最小閾值，Pn表示動態修正后軌跡規劃所得坐標位置，P_n^C表示管道插補后的目標位置點，Ln表示P_n^C與Pn之間的距離，Sc表示輪廓誤差調整比例，Er表述最大允許輪廓誤差。

本發明具有以下優點及有益效果：

1.適應性強。凡是采用帶全閉環反饋裝置的機床，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.加工路徑輪廓精度可得到保障。在運動軌跡規劃過程中，可保證運行軌跡精確、輪廓誤差小，而傳統全閉環控制方法需要全程全閉環控制，雖然也能夠保證插補精度，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。本發明在引入運動軌跡點的動態修正機制基礎上，增加管道插補方法，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。

4.運動安全性高。本發明通過管道插補方法，在提高速度平滑性的同時，可有效降低軸運動超差、超載的可能性；同時當出現外接傳感裝置信號異常的狀態下，比如光柵尺讀數紊亂等原因，可避免軸運動失常甚至飛車的情況，及早報告超差，保護機床不被損壞。

附圖說明