經(jīng)過管道插補方法得到目標位置點，此位置點為當前插補周期的指令位置。
[0038]本發(fā)明包括雙反饋位置計算、插補命令位置修正、軌跡規(guī)劃、管道插補、PID控制五部分。
[0039]參見圖1，描述了本發(fā)明總體流程圖，包括軸數(shù)據(jù)采集、位置修正、軌跡規(guī)劃、管道插補、PID及驅(qū)動輸出部分。
[0040]所述雙反饋位置計算,包括兩種機床坐標位置,一是由各機床軸所在位置傳感裝置如光柵尺等反饋的位置讀數(shù)計算所得實際機床位置，一是由各軸伺服電機編碼器反饋計數(shù)計算所得電機反饋位置。其中對于未配置外接位置傳感裝置的機床軸可由電機反饋計算所得。計算公式如下:
[0041]Pgf[axis]=(posCount[axis]-1nputOffset[axis])/inputScale[axis];
[0042]Pm[axis] = (motorFbCount [axis] -motorlnputOffset [axis] ) /motorlnputScale[axis];
[0043]其中axis表示機床軸序號；posCount表示機床軸位置傳感裝置反饋讀數(shù)，motorFbCount表示電機編碼器計數(shù),參見圖2所示；input0ffset表示機床軸參考零點所在處位置傳感裝置的讀數(shù)；motorlnput0ffset表示電機編碼器偏移計數(shù)；inputScale表示位置傳感裝置讀數(shù)單位與軸位置單位的轉(zhuǎn)換比例系數(shù)motorlnputScale表示電機編碼器計數(shù)單位與軸位置單位的轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。
[0044]參見圖5，描述了本發(fā)明管道插補方法實現(xiàn)的流程。
[0045]這里所述位置修正，是對軌跡規(guī)劃所得命令位置的一種動態(tài)修正。
[0046]參見圖3與圖4，分別描述了直線插補與圓弧插補過程各種坐標位置點的獲得信息。根據(jù)Pgf、Pm坐標位置，可對命令位置Po進行修正，獲得Po’、Po”坐標位置，同時能夠計算得出L、D。其中Pn表示前一伺服周期已規(guī)劃的命令位置，Po’表示由各軸雙反饋偏差計算所得坐標位置，Po”表示Po’在規(guī)劃軌跡上投影所得坐標位置，L表示管道插補半徑偏移計算的來源條件，D表示軌跡插補點動態(tài)修正位移值。
[0047]通過D的獲得，重新計算運動規(guī)劃剩余距離，但不影響軸運動規(guī)劃速度，在運動規(guī)劃周期內(nèi)計算新的插補位置Pn。Pn的獲得，通過軌跡規(guī)劃實現(xiàn)。
[0048]這里所述管道插補，是對Pn進行再一次修正，修正的方法是以Pn為圓心，以軌跡運動方向(圓弧運動為Pn點的切線方向)為法向量，以最大允許輪廓誤差Er為半徑，根據(jù)L及Po’相對于Po”的偏移方向，獲得新的目標指令坐標位置ΡΛ圖中上一周期的目標指令坐標位置。管道插補實現(xiàn)如下:
[0049]I)已知:
[0050].Po ’、Po ” 之間的距離 L ;
[0051].Po’至Po”的方向向量；
[0052]?最大輪廓允許誤差Er，取值越大，規(guī)劃軌跡點越遠離理論軌跡，但更能使電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)；
[0053]?輪廓最小閾值Emin,取值越大,規(guī)劃軌跡點越接近理論軌跡，反之則能夠是電機轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)；
[0054]?輪廓誤差調(diào)整比例Sc，范圍0%?99%，用于計算新管道插補點與理論軌跡間的距離，當取值為“O”時，管道插補無效，S卩，插補點始終在軌跡上，取值越大，規(guī)劃軌跡點越遠離理論軌跡，但更能使電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)；
[0055]?已由軌跡規(guī)劃所得Pn。
[0056]2)若L〈Emin，則Pn即為PnG，否則繼續(xù)3)。
[0057]3)計算 Ln:
[0058]Ln=L*Sc;
[0059]if(Ln>Er)(Ln=Er;}
[0060]4)根據(jù)Pn、Ln及Po’至Po”的方向向量可獨得出PnG。
[0061]PID控制是通過軸命令位置與反饋位置計算得出對軸的輸出速度，為控制伺服輸出做準備。
[0062]驅(qū)動、反饋設(shè)備部分是本發(fā)明實現(xiàn)的基礎(chǔ)，包括伺服單元和外接位置傳感裝置。其中外接位置傳感裝置安裝在軸運動執(zhí)行的終端，可以是光柵尺、球柵尺，也可能是旋轉(zhuǎn)軸的外接編碼器。光柵尺等外接位置傳感裝置的分辨率、安裝位置以及機床軸的負載特性等決定了軸定位精度的好壞；對于線性軸來說，傳感裝置的線性誤差可通過線性補償來提高軸定位精度。
【主權(quán)項】
1.一種多軸聯(lián)動管道插補全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，對已規(guī)劃運動軌跡插補點通過動態(tài)修正方法重新計算獲得修正后的運動軌跡插補點，通過加減速方法得到新的軌跡插補點；再以此插補點為圓心、以最大輪廓允許誤差為管道半徑、以運動方向為法矢量，通過雙反饋偏差對新的軌跡插補點進行管道內(nèi)偏移規(guī)劃進而得到空間軌跡目標位置點；由軸控制部分實現(xiàn)加工過程中軸運動插補點，經(jīng)PID控制實現(xiàn)對軸傳動裝置中伺服電機的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸聯(lián)動管道插補全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述動態(tài)修正是通過各個機床軸外接位置傳感裝置所得反饋坐標位置，與各個伺服電機編碼器反饋計算所得反饋坐標位置，以二者之間對應(yīng)關(guān)系對位置點不斷進行修正，重新計算已規(guī)劃軌跡點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸聯(lián)動管道插補全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述最大輪廓允許誤差是指加工工件實際輪廓與理論輪廓之間允許存在的最大誤差值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸聯(lián)動管道插補全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述雙反饋偏差是指各軸由外接位置傳感裝置得到的機床軸實際位置與伺服電機編碼器反饋計數(shù)得到的半閉環(huán)位置值之差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸聯(lián)動管道插補全閉環(huán)運動控制方法，其特征在于，所述通過雙反饋偏差對新的軌跡插補點進行管道內(nèi)偏移規(guī)劃進而得到空間軌跡目標位置點，具體為: 若L〈Emin，則Pn即為PnG，否則Ln=L氺Sc;if (Ln>Er)(Ln=Er;} 根據(jù)Pn、Ln及Po’至Po”的方向向量得出Pne ; 其中，L表示管道插補半徑偏移計算的來源條件，由雙反饋位置及軌跡方向計算所得，Emin表示輪廓最小閾值,Pn表示動態(tài)修正后軌跡規(guī)劃所得坐標位置,PnG表示管道插補后的目標位置點，Ln表示PnG與Pn之間的距離，Sc表示輪廓誤差調(diào)整比例，Er表述最大允許輪廊誤差。
【專利摘要】本發(fā)明涉及到數(shù)控機床控制領(lǐng)域，具體地說是提供一種可根據(jù)光柵尺等外接位置傳感裝置及伺服電機編碼器反饋在動態(tài)修正運動軌跡插補位置基礎(chǔ)上增加管道插補方法，實現(xiàn)動態(tài)規(guī)劃運動軌跡，本發(fā)明適用于兩軸及三軸聯(lián)動直線插補、兩軸聯(lián)動圓弧插補，并適用于全閉環(huán)反饋、全閉環(huán)反饋與半閉環(huán)反饋混合配制情形?；诖朔椒?，本發(fā)明可以在滿足多軸聯(lián)動輪廓精度、定位精度、重復(fù)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。本發(fā)明適應(yīng)性強，加工路徑輪廓精度高，速度平滑度高、動態(tài)性好，運動安全性高。
【IPC分類】G05B19-4103
【公開號】CN104597846
【申請?zhí)枴緾N201310534078
【發(fā)明人】劉萌忠, 鮑玉鳳, 楊東升, 孫維堂
【申請人】中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月31日