用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法。在第一個命令位置坐標上，根據(jù)采集到的各軸實際位置與電機實際位置之間的偏差，調整各軸命令位置；對調整后的各軸命令位置矢量在被加工軌跡上投影，得到投影長度，確定修正后的命令位置；當滿足全閉環(huán)條件時，停止調整；當程序段處于混聯(lián)且有后續(xù)運動段時，則將本運動段與下一運動段進行速度連接處理；否則，不對插補位置進行調整，直到當前運動段插補完成，再在系統(tǒng)提供的定位時長內，通過PID控制算法使軸的實際位置運動到命令位置上。本發(fā)明可以在滿足多軸聯(lián)動輪廓精度、定位精度、重復定位精度的同時，保證伺服電機穩(wěn)定運行，保證工件加工精度且延長機床的使用壽命。
【專利說明】用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到數(shù)控機床控制領域，具體地說是針對帶外接位置傳感裝置反饋機床軸的多軸聯(lián)動動態(tài)修正運動插補的全閉環(huán)運動控制方法。
【背景技術】
[0002]當今數(shù)控機床已被廣泛應用，同時對數(shù)控機床多軸聯(lián)動輪廓精度、定位精度、重復定位精度也日益提高，原來絲杠加編碼器式的半閉環(huán)控制系統(tǒng)已不能完全滿足軸復雜聯(lián)動裝置結構多樣化所帶來的運動控制要求。半閉環(huán)控制系統(tǒng)無法控制機床軸傳動機構所產生的傳動誤差、高速運轉時傳動機構所產生熱變形誤差以及加工過程中傳動系統(tǒng)磨損而產生的誤差，而這些誤差已經嚴重影響到數(shù)控機床的加工精度及其穩(wěn)定性。光柵尺等外接傳感裝置對數(shù)控機床各坐標軸進行全閉環(huán)控制，消除上述誤差，提高機床的定位精度、重復定位精度以及精度可靠性，作為提高數(shù)控機床位置精度的關鍵部件日益受到用戶的青睞。但對于機械傳動結構復雜、機械間隙較大或軸行程范圍內傳動線性較差的機床坐標軸來說，如果采用傳統(tǒng)全閉環(huán)控制方式，雖然一定程度上能夠滿足軸定位精度、重復定位精度，但存在運動控制過程中伺服電機轉速不平穩(wěn)、易引起機床軸振動情況，一方面造成加工精度受到影響，另一方面還會造成加快機床傳動裝置的磨損。
[0003]隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅速發(fā)展，機床結構也在不斷發(fā)生變化，比如出現(xiàn)了帶分配傳動裝置的伺服電機控制多機床坐標軸的機械結構，傳統(tǒng)的運動控制方法已經不能很好的適用于此類機床。而此類機床傳動結構復雜、機械間隙較大、軸行程范圍內傳動線性不穩(wěn)定等，同樣需要外界位置傳感裝置實現(xiàn)定位。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有運動運動控制的處理方法存在加工速度不平穩(wěn)、極易產生機床振動等問題，嚴重影響了工件的加工精度并且降低了機床的使用壽命。本發(fā)明的目的是提供一種可根據(jù)光柵尺等外接位置傳感裝置及伺服電機編碼器反饋動態(tài)修正運動軌跡插補位置，實現(xiàn)動態(tài)規(guī)劃運動軌跡的方法。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:一種用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，包括以下步驟:
[0006]在第一個命令位置坐標上，根據(jù)采集到的各軸實際位置與電機實際位置之間的偏差，調整各軸命令位置；
[0007]對調整后的各軸命令位置矢量在被加工軌跡上投影，得到投影長度，確定修正后的命令位置；
[0008]重復上述步驟，順序調整其他命令坐標；
[0009]當滿足全閉環(huán)條件，即滿足零件加工的輪廓誤差所要求的程序段最大剩余長度時，停止調整；
[0010]當程序段處于混聯(lián)且有后續(xù)運動段時，則將本運動段與下一運動段進行速度連接處理；否則，不對插補位置進行調整，直到當前運動段插補完成，再在系統(tǒng)提供的定位時長內，通過PID控制算法使軸的實際位置運動到命令位置上，完成定位。
[0011]所述定位完成后或速度連接處理后，如果有后續(xù)運動段，則繼續(xù)下一段加工，如果有增軸、減軸的情況，則通過PID控制算法使與下一運動段無關的軸運動到命令位置上，其他軸繼續(xù)下一段加工；如果沒有后續(xù)運動段，則各軸進入半閉環(huán)控制。
[0012]所述各軸實際位置通過在移動軸外接光柵尺、球柵尺，在旋轉軸外接編碼器實現(xiàn)。
[0013]所述根據(jù)采集到的各軸實際位置與電機實際位置之間的偏差，調整各軸命令位置，具體為:
[0014]各軸的偏差計算如下:
[0015](I)
【權利要求】
1.一種用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 在第一個命令位置坐標上，根據(jù)采集到的各軸實際位置與電機實際位置之間的偏差，調整各軸命令位置； 對調整后的各軸命令位置矢量在被加工軌跡上投影，得到投影長度，確定修正后的命令位置； 重復上述步驟，順序調整其他命令坐標； 當滿足全閉環(huán)條件，即滿足零件加工的輪廓誤差所要求的程序段最大剩余長度時，停止調整； 當程序段處于混聯(lián)且有后續(xù)運動段時，則將本運動段與下一運動段進行速度連接處理；否則，不對插補位置進行調整，直到當前運動段插補完成，再在系統(tǒng)提供的定位時長內，通過PID控制算法使軸的實際位置運動到命令位置上，完成定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述定位完成后或速度連接處理后，如果有后續(xù)運動段，則繼續(xù)下一段加工，如果有增軸、減軸的情況，則通過PID控制算法使與下一運動段無關的軸運動到命令位置上，其他軸繼續(xù)下一段加工；如果沒有后續(xù)運動段，則各軸進入半閉環(huán)控制。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述各軸實際位置通過在移動軸外接光柵尺、球柵尺，在旋轉軸外接編碼器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述根據(jù)采集到的各軸實際位置與電機實際位置之間的偏差，調整各軸命令位置，具體為: 各軸的偏差計算如下:
5.根據(jù)權利要求1所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述對調整后的各軸命令位置矢量在被加工軌跡上投影，得到投影長度，確定修正后的命令位置，具體為: 在待加工軌跡為直線的情況下，修正后軌跡上命令位置坐標P" (xc, yc)的坐標計算為:
6.根據(jù)權利要求1所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述程序段最大剩余長度為預先設置的參數(shù)。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述速度連接處理為:在連接過程中，下一運動段進行動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制，當前運動段不需要調整。
8.根據(jù)權利要求2所述的用于多軸聯(lián)動動態(tài)修正插補位置的全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述半閉環(huán)控制不需要機床軸執(zhí)行終端的直接反饋，直接外接位置傳感裝置進行反饋。
【文檔編號】G05B19/41GK103809520SQ201210452683
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權日:2012年11月12日
【發(fā)明者】劉蔭忠, 孫維堂, 鮑玉鳳 申請人:中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司