[發明專利]一種數控機床摩擦補償脈沖特征參數自適應配置方法

在審

• 申請號: 201710050294.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106774155A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 馮斌;張傳偉
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司31253
• 代理人: 馮子玲

1.一種數控機床摩擦補償脈沖特征參數自適應配置方法，所述數控機床通過數控系統控制，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、摩擦補償效果參數設置：在數控系統上設置摩擦補償效果最優值e_best和摩擦補償脈沖幅值增量A_pi；

步驟二、數控機床進給系統運動軌跡參數和伺服控制參數的獲取：數控系統從數控機床插補器中獲得數控機床進給系統運動軌跡參數，并從人機交互軟件中獲得數控機床進給系統伺服控制參數；所述數控機床進給系統運動軌跡參數包括數控機床進給系統運動軌跡插補指令x_r、數控機床進給系統運動軌跡插補速度和數控機床進給系統運動軌跡插補加速度所述數控機床進給系統伺服控制參數包括位置環比例增益K_pp、速度環比例增益K_vp、速度環積分增益K_vi、速度前饋系數K_VF、加速度前饋系數K_AF和速度環采樣及控制周期T；

步驟三、數控機床進給系統的運動及換向時刻速度環積分增益項的采集：數控系統控制數控機床進給系統按照數控機床進給系統運動軌跡插補指令x_r運動，并從人機交互軟件中采集數控機床進給系統工作臺換向時刻速度環積分增益項v_ie；

步驟四、進給系統正負運動方向摩擦力矩的獲取：數控機床進給系統換向過程中，數控系統從人機交互軟件中采集換向過程中摩擦誤差峰值時刻對應的控制變量u，并根據公式：

T_fsm＝u·K_t(4-1)

計算得到換向過程中摩擦誤差峰值時刻進給系統的正負運動方向摩擦力矩T_fsm；其中，K_t為進給系統電機驅動器的力矩常數；

步驟五、摩擦補償脈沖特征參數方程式的建立：數控系統根據摩擦補償效果最優值e_best、換向過程中摩擦誤差峰值時刻進給系統的正負運動方向摩擦力矩T_fsm和數控機床進給系統運動軌跡插補指令x_r建立滿足用戶要求的摩擦補償脈沖特征參數方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_m\left(\right(i+N\left)T\right)\≈T_{fsm}\\ e_x\left(\right(i+N\left)T\right)\≈e_{best}\·sig\left({\stackrel{\·}{x}}_r\right)\\ sig\left({\stackrel{\·}{x}}_r\right)=\left\{\begin{array}{c}1,{\stackrel{\·}{x}}_r\left(\right(i+N\left)T\right)\>0\\ -1,{\stackrel{\·}{x}}_r\left(\right(i+N\left)T\right)\<0\end{array}\right.\end{array}\right.---(5-1)$

其中，T_m為數控機床進給系統驅動力矩且T_m＝u·K_t，iT為數控機床進給系統工作臺換向時刻，i為數控系統中的計數器所計數值，N為迭代次數，i的取值和N的取值均為正整數，e_x為數控機床進給系統工作臺換向過程中的跟隨誤差且e_x的計算方程式為：

e_x((i+N)T)≈x_r((i+N)T)-x_r(iT)(5-2)

步驟六、摩擦補償脈沖持續時間的獲取：數控系統依次取N＝1,2,3…，并將方程式(5-2)帶入方程式(5-1)中，求解方程式(5-1)，直至N的取值使方程式(5-1)成立，并將此時N的取值確定為迭代次數N的最終取值；再根據公式：

T_p＝N·T (6-1)

計算得到摩擦補償脈沖持續時間T_p；

步驟七、摩擦補償脈沖幅值的獲取，具體過程為：

步驟701、數控系統將摩擦補償脈沖幅值A_p的初始值設置為與摩擦補償脈沖幅值增量A_pi相等；

步驟702、數控系統設置迭代算法求解摩擦補償脈沖幅值的執行次數k的初始值為1；

步驟703、數控系統根據方程式：

e′_x((i+k)T)≈x_r((i+k)T)-x_r(iT) (7-1)

計算數控機床進給系統工作臺換向時刻的下一時刻(i+k)T時刻的跟隨誤差e′_x；

步驟704、數控系統根據方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_r\left(\right(i+k\left)T\right)={e^{\′}}_x\left(\right(i+k\left)T\right)K_{pp}\\ v\left(\right(i+k\left)T\right)=0\\ e_v\left(\right(i+k\left)T\right)=v_{ff}\left(\right(i+k\left)T\right)+A_p\left(\right(i+k\left)T\right)+v_r\left(\right(i+k\left)T\right)-v\left(\right(i+k\left)T\right)\end{array}\right.---(7-2)$

計算(i+k)T時刻的命令速度v_r、實際運動速度v和速度環誤差項e_v；其中，v_ff為速度前饋輸出項且

步驟705、數控系統根據方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{pe}\left(\right(i+k\left)T\right)=K_{vp}{e}_v\left(\right(i+k\left)T\right)\\ v_{ie}\left(\right(i+k\left)T\right)=K_{vi}\·T\·e_v\left(\right(i+k\left)T\right)+v_{ie}\left(iT\right)\end{array}\right.---(7-3)$

計算(i+k)T時刻的速度環比例增益項v_pe和速度環積分增益項v_ie；

步驟706、數控系統根據方程式：

u′((i+k)T)＝v_pe((i+k)T)+v_ie((i+k)T)+a_ff((i+k)T) (7-4)

計算(i+k)T時刻的控制變量u′；其中，a_ff為加速度前饋輸出項且

步驟707、數控系統根據方程式：

T′_m((i+k)T)＝u′((i+k)T)K_t (7-5)

計算(i+k)T時刻的數控機床進給系統驅動力矩T′_m；

步驟708、數控系統將迭代算法求解摩擦補償脈沖幅值的執行次數k的取值增加1；

步驟709、重復執行步驟703～708，直至k＞N；

步驟7010、數控系統判斷方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm是否成立，當方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm成立時，將此時的A_p的取值確定為摩擦補償脈沖幅值A_p的最終取值；否則，當方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm不成立時，將A_p的取值增加A_pi，并設置k的取值為1，重復執行步驟703～7010，直至方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm成立。