[發明專利]一種機床溫度場快速辨識方法及系統

有效

• 申請號: 202210083179.6
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114442557B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 付國強;鄭悅;周琳豐;雷國強;魯彩江;王熙;王韜;朱思佩
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 楊浩林

本發明公開了一種機床溫度場快速辨識方法及系統，屬于數控機床溫度場領域，所述方法包括如下步驟：建立機床溫升模型；建立機床溫升狀態方程；基于三次指數平滑算法和無味卡爾曼濾波算法構建溫度綜合預測模型；定義自適應規則，并基于自適應規則實時調整溫度綜合預測模型參數，得到自適應溫度綜合預測模型；獲取若干不同溫度的辨識時間；選擇各不同溫度的辨識時間中最大值作為溫度預測最短辨識時間并將溫度預測最短辨識時間內的測量數據輸入至自適應溫度綜合預測模型，實現辨別時間外的溫度快速預測，完成機床溫度場的快速辨識；本發明實現了利用較短時間內的實際溫度測量數據，對后續機床溫度場的快速辨識。

技術領域

本發明屬于數控機床溫度場領域，尤其涉及一種機床溫度場快速辨識方法及系統。

背景技術

熱誤差補償是提升機床加工精度經濟有效的手段，其核心在于建立具有強魯棒性和高預測性能的熱誤差模型對熱誤差進行預測和補償。熱誤差模型以機床溫度為輸入，熱變形量為輸出。因此對機床溫度場的快速辨識是建立熱誤差模型的基礎，是精度提升的先決必備條件之一。

現有方法在辨識機床溫度場時在快速性和簡潔性上有待進一步提高。實際中大多采用遺傳神經網絡、灰色理論、聚類模糊、線性回歸等方法建立模型，這些模型需要大量的測量數據，并要進行復雜的訓練。整個過程需要大量的計算才能獲得后續的溫度趨勢，往往模型的訓練時間占到總體辨識時間的一半以上。因此開展機床溫度場快速辨識方法的研究能夠加快機床熱誤差的研究步伐。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種機床溫度場快速辨識方法及系統，利用較短時間內的實際溫度測量數據，實現后續機床溫度場的快速辨識。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

S1、建立機床溫升模型；

S2、基于機床溫升模型和無味卡爾曼濾波算法，建立機床溫升狀態方程；

S3、基于機床溫升狀態方程，計算無味卡爾曼濾波算法的三次增益和三次最優估計參數，并利用卡爾曼濾波參數替換三次指數平滑算法中的平滑參數，得到基于三次指數平滑算法和無味卡爾曼濾波算法的溫度綜合預測模型；

S4、定義自適應規則，并基于自適應規則實時調整溫度綜合預測模型參數，得到自適應溫度綜合預測模型；

S5、基于自適應溫度綜合預測模型，計算溫度實際測量值與溫度預測值間的均方根誤差，得到若干不同溫度的辨識時間；

S6、選擇各不同溫度的辨識時間中最大值作為溫度預測最短辨識時間，并將溫度預測最短辨識時間內的測量數據輸入至自適應溫度綜合預測模型，實現辨別時間外的溫度快速預測，完成機床溫度場的快速辨識。

本發明的有益效果為：本發明提供的一種機床溫度場快速辨識方法，通過熱模態理論、熱傳導理論和機床熱機理建立機床溫升模型，并利用指數平滑算法和無味卡爾曼濾波算法，建立了機床溫升狀態方程和溫度綜合預測模型，考慮到自適應控制算法，建立了自適應溫度綜合預測模型，通過設定辨識時間，并利用自適應溫度綜合預測模型，實現了對辨別時間外的溫度快速預測，本方案簡單便捷、快速，只需要初始時間段少量溫度測量數據，就能在較短時間內實現機床溫度場的快速辨識。

進一步地，所述步驟S1中機床溫升模型的表達式如下：

T_k＝T_e,k-1+(T_k-1-T_e,k-1)e^-λ·Δt

其中，T_k表示k時刻的機床溫度測點溫度，T_k-1表示k-1時刻的機床溫度測點溫度，T_e,k-1表示k-1時刻的環境溫度，e表示自然數對數，λ表示材料物理性質與初始溫度相關常數，Δt表示采樣時間。