[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

技術領域

本發明屬于數控機床誤差補償技術領域，具體涉及一種數控機床摩擦補償脈沖特征參數自適應配置方法。

背景技術

摩擦廣泛存在于數控機床進給系統各種動靜接觸面之間，如導軌面、滾珠絲杠副、支承軸承滾道等，具有非線性時變的特征，由于運動換向過程中，動靜接觸面之間的摩擦力發生了非線性變化，基于PID控制結構的傳統伺服運動控制器無法對其進行有效控制而產生了摩擦誤差，從而不利于運動控制精度的提高。摩擦是引起高速、高精度數控機床動態誤差主要因素之一。

為了補償數控機床進給系統中由摩擦因素帶來的不利影響，通常采用擾動觀測器、神經網絡控制器、重復控制策略及基于摩擦模型的方法來實現摩擦補償。但上述方法均受到其本身方法的局限性，雖可摩擦補償，但其補償效果不佳。

商用數控系統采用摩擦補償脈沖前饋方法將補償脈沖加入到伺服運動控制器中來實現摩擦補償。但該方法需要依據進給系統所處工況及補償效果的要求，設置精確的摩擦補償脈沖特征參數：脈沖幅值及其時間。然而，摩擦補償脈沖特征參數的配置，目前主要依靠調試人員經驗且耗時、費力，無法依據所處工況實現自適應配置并滿足用戶期望的補償效果。

鑒于此，工程中迫切需要一種依據進給系統所處工況及用戶補償效果需求，能夠精確配置出補償脈沖幅值及其時間的方法，從而可有效解決目前工程中難以有效配置摩擦補償脈沖特征參數并滿足用戶期望摩擦補償效果的要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種數控機床摩擦補償脈沖特征參數自適應配置方法，其方法步驟簡單，設計合理，能夠滿足用戶對摩擦補償效果的要求，能夠顯著提高數控機床加工精度，適用范圍廣，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：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：

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：