[發明專利]基于剛度辨識的數控機床進給系統控制參數優化方法

有效

• 申請號: 201510260421.2
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN104898568B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 趙萬華;張俊;劉嚴;劉輝;謝振南;藺偉興
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術領域】

本發明屬于數控機床控制技術領域，特別涉及一種數控機床進給系統控制參數優化方法。

【背景技術】

數控機床加工過程中由于頻繁的啟停、換向等動作，不可避免地對機械系統各部件會產生沖擊，造成系統各動、靜結合部的接觸特性發生變化，從而影響其剛度值，此時機床出廠時設定的伺服控制參數已經不能夠保證機床處于最佳的運行狀態，因此需對伺服控制參數進行優化調整。

申請號為201410007516.9的專利申請辨識了系統慣量，得到初始PI參數，根據給定目標階躍指令，獲取響應曲線的超調量、上升時間及穩態波動三個指標，辨識出系統階躍響應曲線的類型，從而調整控制參數。申請號為201310695273.8的專利申請辨識出速度環被控對象模型的參數，再根據模型的參數以及性能指標對伺服驅動器的控制參數進行尋優整定，以獲得最優的控制參數。文獻(劉棟，數控伺服系統建模分析與基于GA算法參數優化研究)中用遺傳算法對三環調節器參數進行優化。文獻(康亞彪，數控機床伺服系統動態仿真及參數優化)中用遺傳算法和改進的復形法對伺服系統的參數進行優化整定。然而以上專利或文獻并未考慮剛度對系統性能的影響，且提出的性能指標并不能很好的反映數控機床在運動過程中的精度，以至于整定出的參數并不能使機床運動性能達到最優。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種基于剛度辨識的數控機床進給系統控制參數優化方法，以克服現有技術的不足。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于剛度辨識的數控機床進給系統控制參數優化方法，包括以下步驟：

1)將一種由多段隨機時間、隨機速度構成的頻域幅值為1的運動指令生成G代碼序列輸入到數控機床中，對數控機床產生輸入激勵信號；

2)數控機床的工作臺運動產生位移響應，采集工作臺的時域響應信號；3)將采集到的時域響應信號進行頻域分析，求得數控機床進給系統的頻響函數，從而得到一階反共振幅值A₁、頻率ω₁和一階共振幅值A₂、頻率ω₂；

4)查電機手冊得到電機轉動慣量J₁，對數據進行分析再處理，利用步驟3)得到幅值頻率得到最終的等效剛度值K_θ：

式中：

J₂為負載轉動慣量，其表達式為

5)每測得一次剛度值，數控機床都按照統一的位移斜坡測試軌跡指令控制數控機床伺服系統工作，并實時采集響應數控機床運動位置信息；

6)依據測試軌跡指令信息和機床運動位置信息，通過評價指標對數控機床伺服控制系統動態性能進行綜合評價；

7)根據一系列控制參數數值組合，調整伺服系統控制參數使其評價指標最小，此時的控制參數為最優值。

優選的，步驟1)所述的一種由多段隨機時間、隨機速度構成的運動指令的頻域幅值恒為1。

優選的，所述的步驟2)中采集工作臺的時域響應信號和步驟5)中實時采集響應數控機床運動位置信息由激光干涉儀完成。

優選的，所述的步驟4)由數據分析模塊完成。

優選的，步驟6)中，所述評價指標為位移穩態誤差均方根值、速度穩態誤差均方根值和加速度穩態誤差均方根值的加權求和E，其表達式如下式(1-7)所示：

式中：x_實際—激光干涉儀采集的工作臺實際位移值；

x_理論—機床當前運動軸的指令位置；

v_實際—工作臺實際速度值；

v_理論—機床當前運動軸的指令速度；

a_實際—工作臺實際加速度值；

a_理論—機床當前運動軸的理論加速度；

A₁—位移穩態誤差均方根值權重系數；

A₂—速度穩態誤差均方根值權重系數；

A₃—加速度穩態誤差均方根值權重系數；

B_θ—進給系統等效阻尼。

優選的，步驟3)中采用峰值拾取法將采集到的時域響應信號進行頻域分析。