一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法技术

本发明专利技术公开了一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，包括步骤：一、摩擦补偿效果参数设置；二、数控机床进给系统运动轨迹参数和伺服控制参数的获取；三、数控机床进给系统的运动及换向时刻速度环积分增益项的采集；四、进给系统正负运动方向摩擦力矩的获取；五、摩擦补偿脉冲特征参数方程式的建立；六、摩擦补偿脉冲持续时间的获取；七、摩擦补偿脉冲幅值的获取。本发明专利技术方法步骤简单，设计合理，能够满足用户对摩擦补偿效果的要求，能够显著提高数控机床加工精度，适用范围广，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

An adaptive configuration method for characteristic parameters of friction compensation pulse of CNC machine tools

The invention discloses a CNC machine friction compensation pulse feature parameter adaptive allocation method, comprising the steps of: A, setting friction compensation effect parameter; two, the NC system trajectory parameters and servo control parameters; three, the NC system of the movement and time of commutation speed loop integral gain of the acquisition; four positive and negative direction movement feed system friction torque and friction compensation pulse acquisition; five characteristic parameter equation; six, friction compensation pulse acquisition duration; seven, friction compensation pulse amplitude gain. The invention has simple steps and reasonable design, can meet user requirements for friction compensation effect, can significantly improve the machining accuracy, wide application range, strong practicability, good use effect, easy to use.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法
本专利技术属于数控机床误差补偿
，具体涉及一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法。
技术介绍
摩擦广泛存在于数控机床进给系统各种动静接触面之间，如导轨面、滚珠丝杠副、支承轴承滚道等，具有非线性时变的特征，由于运动换向过程中，动静接触面之间的摩擦力发生了非线性变化，基于PID控制结构的传统伺服运动控制器无法对其进行有效控制而产生了摩擦误差，从而不利于运动控制精度的提高。摩擦是引起高速、高精度数控机床动态误差主要因素之一。为了补偿数控机床进给系统中由摩擦因素带来的不利影响，通常采用扰动观测器、神经网络控制器、重复控制策略及基于摩擦模型的方法来实现摩擦补偿。但上述方法均受到其本身方法的局限性，虽可摩擦补偿，但其补偿效果不佳。商用数控系统采用摩擦补偿脉冲前馈方法将补偿脉冲加入到伺服运动控制器中来实现摩擦补偿。但该方法需要依据进给系统所处工况及补偿效果的要求，设置精确的摩擦补偿脉冲特征参数：脉冲幅值及其时间。然而，摩擦补偿脉冲特征参数的配置，目前主要依靠调试人员经验且耗时、费力，无法依据所处工况实现自适应配置并满足用户期望的补偿效果。鉴于此，工程中迫切需要一种依据进给系统所处工况及用户补偿效果需求，能够精确配置出补偿脉冲幅值及其时间的方法，从而可有效解决目前工程中难以有效配置摩擦补偿脉冲特征参数并满足用户期望摩擦补偿效果的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，其方法步骤简单，设计合理，能够满足用户对摩擦补偿效果的要求，能够显著提高数控机床加工精度，适用范围广，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，所述数控机床通过数控系统控制，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、摩擦补偿效果参数设置：在数控系统上设置摩擦补偿效果最优值ebest和摩擦补偿脉冲幅值增量Api；步骤二、数控机床进给系统运动轨迹参数和伺服控制参数的获取：数控系统从数控机床插补器中获得数控机床进给系统运动轨迹参数，并从人机交互软件中获得数控机床进给系统伺服控制参数；所述数控机床进给系统运动轨迹参数包括数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr、数控机床进给系统运动轨迹插补速度和数控机床进给系统运动轨迹插补加速度所述数控机床进给系统伺服控制参数包括位置环比例增益Kpp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi、速度前馈系数KVF、加速度前馈系数KAF和速度环采样及控制周期T；步骤三、数控机床进给系统的运动及换向时刻速度环积分增益项的采集：数控系统控制数控机床进给系统按照数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr运动，并从人机交互软件中采集数控机床进给系统工作台换向时刻速度环积分增益项vie；步骤四、进给系统正负运动方向摩擦力矩的获取：数控机床进给系统换向过程中，数控系统从人机交互软件中采集换向过程中摩擦误差峰值时刻对应的控制变量u，并根据公式：Tfsm＝u·Kt(4-1)计算得到换向过程中摩擦误差峰值时刻进给系统的正负运动方向摩擦力矩Tfsm；其中，Kt为进给系统电机驱动器的力矩常数；步骤五、摩擦补偿脉冲特征参数方程式的建立：数控系统根据摩擦补偿效果最优值ebest、换向过程中摩擦误差峰值时刻进给系统的正负运动方向摩擦力矩Tfsm和数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式：其中，Tm为数控机床进给系统驱动力矩且Tm＝u·Kt，iT为数控机床进给系统工作台换向时刻，i为数控系统中的计数器所计数值，N为迭代次数，i的取值和N的取值均为正整数，ex为数控机床进给系统工作台换向过程中的跟随误差且ex的计算方程式为：ex((i+N)T)≈xr((i+N)T)-xr(iT)(5-2)步骤六、摩擦补偿脉冲持续时间的获取：数控系统依次取N＝1,2,3…，并将方程式(5-2)带入方程式(5-1)中，求解方程式(5-1)，直至N的取值使方程式(5-1)成立，并将此时N的取值确定为迭代次数N的最终取值；再根据公式：Tp＝N·T(6-1)计算得到摩擦补偿脉冲持续时间Tp；步骤七、摩擦补偿脉冲幅值的获取，具体过程为：步骤701、数控系统将摩擦补偿脉冲幅值Ap的初始值设置为与摩擦补偿脉冲幅值增量Api相等；步骤702、数控系统设置迭代算法求解摩擦补偿脉冲幅值的执行次数k的初始值为1；步骤703、数控系统根据方程式：e′x((i+k)T)≈xr((i+k)T)-xr(iT)(7-1)计算数控机床进给系统工作台换向时刻的下一时刻(i+k)T时刻的跟随误差e′x；步骤704、数控系统根据方程式：计算(i+k)T时刻的命令速度vr、实际运动速度v和速度环误差项ev；其中，vff为速度前馈输出项且步骤705、数控系统根据方程式：计算(i+k)T时刻的速度环比例增益项vpe和速度环积分增益项vie；步骤706、数控系统根据方程式：u′((i+k)T)＝vpe((i+k)T)+vie((i+k)T)+aff((i+k)T)(7-4)计算(i+k)T时刻的控制变量u′；其中，aff为加速度前馈输出项且步骤707、数控系统根据方程式：T′m((i+k)T)＝u′((i+k)T)Kt(7-5)计算(i+k)T时刻的数控机床进给系统驱动力矩T′m；步骤708、数控系统将迭代算法求解摩擦补偿脉冲幅值的执行次数k的取值增加1；步骤709、重复执行步骤703～708，直至k＞N；步骤7010、数控系统判断方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm是否成立，当方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm成立时，将此时的Ap的取值确定为摩擦补偿脉冲幅值Ap的最终取值；否则，当方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm不成立时，将Ap的取值增加Api，并设置k的取值为1，重复执行步骤703～7010，直至方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm成立。上述的一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，其特征在于：步骤一中所述ebest的取值为数控系统中位置反馈元件的分辨率的4～6倍。上述的一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，其特征在于：步骤一中所述Api的取值为数控机床中电机编码器的位置分辨率除以T的商的整数倍；摩擦补偿需求越高，Api的取值越小。上述的一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，其特征在于：步骤三中所述数控机床进给系统工作台换向时刻为数控机床进给系统工作台的换向位置对应的时刻。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的方法步骤简单，结构简单，设计合理。2、由于数控机床进给系统速度环具有带宽高、开放性好等优点，本专利技术采用在速度环指令处添加补偿脉冲的方法来实现摩擦补偿，且采用矩形补偿脉冲，由于矩形补偿脉冲的特征参数仅有脉冲幅值及其时间，因此具有参数设置灵活、方便操作及较容易实现等优点。3、本专利技术能够实现满足用户补偿要求的摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置，避免了依靠人工经验调试耗时且难以达到满足补偿要求的问题，能够显著提高数控机床加工精度。4、本专利技术能够依据用户设置的摩擦补偿效果最优值，配置出摩擦补偿脉冲特征参数值，能够满足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，所述数控机床通过数控系统控制，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、摩擦补偿效果参数设置：在数控系统上设置摩擦补偿效果最优值e

【技术特征摘要】
1.一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，所述数控机床通过数控系统控制，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、摩擦补偿效果参数设置：在数控系统上设置摩擦补偿效果最优值ebest和摩擦补偿脉冲幅值增量Api；步骤二、数控机床进给系统运动轨迹参数和伺服控制参数的获取：数控系统从数控机床插补器中获得数控机床进给系统运动轨迹参数，并从人机交互软件中获得数控机床进给系统伺服控制参数；所述数控机床进给系统运动轨迹参数包括数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr、数控机床进给系统运动轨迹插补速度和数控机床进给系统运动轨迹插补加速度所述数控机床进给系统伺服控制参数包括位置环比例增益Kpp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi、速度前馈系数KVF、加速度前馈系数KAF和速度环采样及控制周期T；步骤三、数控机床进给系统的运动及换向时刻速度环积分增益项的采集：数控系统控制数控机床进给系统按照数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr运动，并从人机交互软件中采集数控机床进给系统工作台换向时刻速度环积分增益项vie；步骤四、进给系统正负运动方向摩擦力矩的获取：数控机床进给系统换向过程中，数控系统从人机交互软件中采集换向过程中摩擦误差峰值时刻对应的控制变量u，并根据公式：Tfsm＝u·Kt(4-1)计算得到换向过程中摩擦误差峰值时刻进给系统的正负运动方向摩擦力矩Tfsm；其中，Kt为进给系统电机驱动器的力矩常数；步骤五、摩擦补偿脉冲特征参数方程式的建立：数控系统根据摩擦补偿效果最优值ebest、换向过程中摩擦误差峰值时刻进给系统的正负运动方向摩擦力矩Tfsm和数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式：其中，Tm为数控机床进给系统驱动力矩且Tm＝u·Kt，iT为数控机床进给系统工作台换向时刻，i为数控系统中的计数器所计数值，N为迭代次数，i的取值和N的取值均为正整数，ex为数控机床进给系统工作台换向过程中的跟随误差且ex的计算方程式为：ex((i+N)T)≈xr((i+N)T)-xr(iT)(5-2)步骤六、摩擦补偿脉冲持续时间的获取：数控系统依次取N＝1,2,3…，并将方程式(5-2)带入方程式(5-1)中，求解方程式(5-1)，直至N的取值使方程式(5-1)成立，并将此时N的取值确定为迭代次数N的最终取值；再根据公式：Tp＝N·T(6-1)计算得到摩擦补偿脉冲持续时间Tp；步骤七、摩擦补偿脉冲幅值的获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯斌，张传伟，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61