[發明專利]一種應用于數控機床的自主調整伺服參數的智能方法

有效

• 申請號: 201810967629.1
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109100987B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 呂盾;李潤澤;趙萬華;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/41
• 分類號: G05B19/41
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種應用于數控機床的自主調整伺服參數的智能方法，先采集各進給軸的速度指令序列，構建小頻段內的速度指令序列，提取各個小頻段內的最大幅值頻率，以速度指令序列的時刻和最大幅值頻率建立二維時頻數組；然后構建各進給軸的伺服參數組，提取伺服特性參數，構建伺服參數組、伺服帶寬的映射；再依次構建速度指令衰減量序列求解方程、各進給軸的跟隨誤差序列求解方程、聯動軌跡誤差序列求解方程、伺服特性動態匹配判據方程；然后對各進給軸的速度指令序列的各個采樣位置進行搜索，獲得各進給軸伺服帶寬序列，將其轉變為各進給軸伺服參數組時變序列，數控機床根據此自主調整各進給軸伺服參數；本發明可保證高進給速度下的復雜曲面零件輪廓精度。

技術領域

本發明屬于數控機床技術領域，具體涉及一種應用于數控機床的自主調整伺服參數的智能方法。

背景技術

數控機床是一種裝有數控系統的自動化機床，數控系統對加工G代碼進行插補計算，向各個進給軸輸出速度指令序列；各進給軸伺服進給系統接收這些速度指令序列，驅動各進給軸聯動，加工出所需要的零件。

數控機床聯動精度是數控機床各進給軸聯動過程中聯動軌跡的精度，與切削過程中的刀具變形、振動等因素共同影響加工后的零件輪廓精度。為了保證加工零件的輪廓精度，需首先保證數控機床聯動精度。聯動精度由數控系統插補后輸出給各進給軸的速度指令序列和各進給軸伺服系統自身的伺服特性共同決定。目前針對速度指令和伺服特性的優化，國內外已經開展了大量的工作，形成了指令軌跡平滑、零相差跟蹤控制器(ZPETC)、速度及力矩前饋、模態濾波器、滑模控制器、交叉耦合控制器(CCC)、多軸伺服特性匹配等技術并應用于數控機床，顯著提高了數控機床聯動精度以及零件輪廓精度。

但是，在高進給速度下以及復雜曲面零件加工場合，由于目前的數控機床只能被動執行零件加工代碼，不能根據加工過程中工況及參數變化，對自身進行調整，往往無法保證零件輪廓精度要求；只能通過降低進給速度，以犧牲加工效率的方式滿足零件輪廓精度要求。

發明內容

為了克服上述現有數控機床的缺點，本發明的目的在于提供一種應用于數控機床的自主調整伺服參數的智能方法，能夠根據復雜曲面零件輪廓精度和加工效率要求自主調整數控機床各進給軸的伺服參數，使加工過程中各進給軸伺服特性動態匹配，保證高進給速度下的復雜曲面零件輪廓精度。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種應用于數控機床的自主調整伺服參數的智能方法，包括以下步驟：

步驟1)，在數控系統中運行待加工復雜曲面零件G代碼，采集數控系統插補后輸出給各進給軸的速度指令序列；

步驟2)，對各進給軸的速度指令序列進行時頻分析，將其變換到若干小頻段內，構建小頻段內的速度指令序列；

步驟3)，對各個小頻段內的速度指令序列進行頻譜分析，提取各個小頻段內的最大幅值頻率；

步驟4)，以步驟1)中速度指令序列的時刻和步驟3)中最大幅值頻率為維度建立二維時頻數組；

步驟5)，分析數控機床各進給軸的伺服系統，將速度前饋控制器、力矩前饋控制器、陷波濾波器、模態濾波器的開啟或關閉設置為開關量，將速度前饋控制器系數、力矩前饋控制器系數、陷波濾波器濾波頻率、模態濾波器濾波頻率、位置環增益、速度環增益及速度環積分時間常數設置為可調變量，基于上述變量，構建各進給軸的伺服參數組；

步驟6)，辨識不同伺服參數組下的幅頻和相頻曲線，提取伺服特性參數：伺服帶寬、諧振頻率與峰值、幅值剪切量和相位滯后量參數；

辨識信號采用偽隨機序列和勻速運動位移相疊加的高帶寬信號，根據諧振頻率的分布將幅頻和相頻曲線劃分為若干頻率段；將各頻率段內的幅頻曲線和相頻曲線分別擬合為幅值剪切量和相位滯后量與頻率的函數；

步驟7)，構建伺服參數組與伺服帶寬之間的映射；