一种基于插值的伺服走位误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于插值的伺服走位误差补偿方法，包括：步骤一，用工装板配合仪表获取基准数据，将基准点的伺服实际位置和理论位置一一对应；步骤二，利用插值函数和基准数据，实现伺服坐标与理论坐标之间的函数映射，并计算坐标转换向量；步骤三，将目标点的理论坐标代入插值坐标计算公式中，获得理论位置点对应的伺服坐标，并将这个伺服坐标给控制系统，实现自动跑位。通过采用插值法进行误差补偿技术按，能够在不破坏基准数及的前提下实现定位精度高。度高。度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于插值的伺服走位误差补偿方法


[0001]本专利技术涉及多轴伺服系统控制技术，尤其涉及一种基于插值的伺服走位误差补偿方法。

技术介绍

[0002]工业自动化领域现在正大量应用伺服系统进行自动走位，实现在伺服系统硬件结构范围内的任意位置相对准确的定位，如自动点焊机、自动插针机，精度要求更高的加工机床、坐标测量仪等。
[0003]所有伺服系统中，按照控制方式可以分为两类，一类是单轴的伺服系统，实现单向量方向的位置控制；另一类是多轴伺服系统，实现二维或更高维度的位置及姿态控制。但是多维伺服控制系统(特别是开环系统)走位是否准确，需要有外部工装或设备进行测试证明，特别针对二维以上伺服系统的位置精度证明难度较大，其中涉及多根伺服轴两两间的相对位置关系，伺服系统自身的走位精度等。
[0004]而有关误差补偿，对于多轴精密系统一般是带光栅，并且伺服系统与光栅做闭环控制，通过闭环控制实现独立的伺服机构的走位误差控制在一定范围内。但是实际上，空间位置的决定不仅仅是伺服长度方向的位置准确，也是受多个伺服系统向量间的几何关系的影响，如几根轴之间的硬件加工是否实现正交关系等等。因此，目前在伺服控制原理方面的补偿方法研究得比较多，但是对多轴伺服系统安装关系带来的误差补偿算法比较少见。
[0005]例如：很多开环伺服系统，并没有做误差的补偿工作，只是事先调好几个固定的位置进行工作；在有新的位置需求时，再按实际效果调试一个位置出来，如此类推而已。这种现象目前在自动化行业比较普遍，没有实现伺服系统智能化的走位控制，产品的维护改型比较困难。
[0006]对于二维及以上伺服系统硬件的误差补偿很少见，如一个两个方向的平面滑台，由两个伺服轴系组合动作形成平面内任意位置的走位，但是两个伺服轴系之间的位置关系以及两个伺服系统各自的走位精度很少做误差补偿。目前存在一种基于坐标变换的二维伺服系统的误差补偿的拟合法，虽然比不做补偿还是要好些，但这个方法存在的最大问题是对于基础数据的要求太严格，一旦其中有一到两处数据误差比较大，那么补偿出来的结果会整体偏移，并且把原有基准点数据破坏，无法实现原有基准点的精确走位。
[0007]综上所述，现有技术存在的主要问题有：
[0008]1、伺服轴的移动的方向向量的位置关系误差是由结构的制造精度、伺服系统的刚度决定的，后期如果不做补偿，那么硬件的累计制造误差就会严重影响伺服走位精度；
[0009]2、目前已有的基于坐标变换的误差补偿方法实质是一种拟合法，破坏原有基准数据，虽然利用了基准数据进行了算法的构建，但是最后走位时丢失了基准数据，补偿精度不足，不利于主观认识。

技术实现思路

[0010]为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种基于插值的伺服走位误差补偿方法，通过基于非线性插值算法以实现二维开环伺服系统的误差补偿。
[0011]一种基于插值的伺服走位误差补偿方法，包括：步骤一，用工装板配合仪表获取基准数据，将基准点的伺服实际位置和理论位置一一对应；步骤二，利用插值函数和基准数据，实现伺服坐标与理论坐标之间的函数映射，并计算坐标转换向量；步骤三，将目标点的理论坐标代入插值坐标计算公式中，获得理论位置点对应的伺服坐标，并将这个伺服坐标给控制系统，实现自动跑位。
[0012]进一步地，步骤一包括：用百分表配合基准板测定A、B、C、D四个基准点的伺服坐标位置。
[0013]进一步地，步骤二包括：利用A、B、C、D四个基准点的伺服坐标与工装板上的理论位置，计算插值转化向量。
[0014]进一步地，步骤三包括：确定需要进行插值计算的理论位置坐标，然后通过转化向量计算伺服系统中坐标值。
[0015]进一步地，插值函数为：
[0016][0017]其中，(x
′
y
′
)是理论坐标，(x y)是伺服轴的坐标，a
i
是待定系数。
[0018]进一步地，A、B、C、D四个基准点的坐标点计算方法为：
[0019][0020][0021]进一步地，插值点的计算方法为：
[0022][0023][0024]进一步地，转化向量为：
[0025][0026]进一步地，还包括插值精度验证点E，验证点E设置于基准点A、B、C、D的中心位置。
[0027]在上述技术方案中，采用本专利技术的基于插值的伺服走位误差补偿方法及系统，基于非线性插值算法，能够在不破坏基准数及的前提下实现定位精度高。
附图说明
[0028]图1是多轴伺服系统的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术方法的流程图；
[0030]图3是A、B、C、D四个基准点和验证点的位置示意图；
[0031]图4是多个基准点的位置示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术的一种基于插值的伺服走位误差补偿方法做进一步的描述。
[0033]参照图1，对于二维及以上伺服系统，在伺服系统刚性足够的情况下，绝大部分误差是系统误差，因此建立一个数学模型是完全可以通过算法实现误差的补偿。有鉴于此，本专利技术主要建立一个伺服系统误差非线性插值的补偿的算法及相应的系统，本专利技术方法的主要步骤包括数学模型的建立，基准数据如何获得，基准的设计等。
[0034]本专利技术的方法首先建立插值函数的算法模型。本专利技术的算法中不仅可以用一阶的线性插值，也可用二阶或高阶的非线性插值实现变换矩阵的建立，实现算法误差的合理化。其次，根据算法中插值函数的不同，基准点获取工装按照插值函数的类型进行设计，实现误差及基准点获取成本的合理化。
[0035]数学模型的建立：
[0036]对于多轴伺服系统，除了单轴伺服的自身精度外，伺服轴之间的相对位置关系是影响系统走位精度的因素。
[0037]对于单轴精度，基本上与走位位置的精度有直接影响，可以将模型建立为f＝f(l)；其中l是伺服轴走位相对于自身的位置。
[0038]对于多轴系统轴与轴之间的相对位置关系决定了伺服坐标系统和理论坐标系统之间的一一映射关系，两轴系统的映射关系如下：
[0039][0040]基于上述分析，需要设计插值函数来满足上述映射关系。根据误差合理化的理念，可以设计不同类型的插值函数，如一阶线性插值、二阶或高阶非线性插值函数。下面列举只具有二阶交叉项插值函数的数学模型的建立过程，如下：
[0041][0042]其中(x
′ꢀ
y
′
)是理论坐标，(x y)是伺服轴的坐标，a
i
是待定系数。
[0043]由上述插值函数分析可得，存在8个待定系数的方程，需要4个点的8个坐标值才能确定。那么设有A、B、C、D四个坐标点，则可得到如下方程
[0044][0045][0046]那么需要插值的点的坐标计算如下：
[0047][0048][0049]对于高阶插值函数用同样的方式来处理，只是变化矩阵的阶次不同而已。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于插值的伺服走位误差补偿方法，其特征在于，包括：步骤一，用工装板配合仪表获取基准数据，将基准点的伺服实际位置和理论位置一一对应；步骤二，利用插值函数和基准数据，实现伺服坐标与理论坐标之间的函数映射，并计算坐标转换向量；步骤三，将目标点的理论坐标代入插值坐标计算公式中，获得理论位置点对应的伺服坐标，并将这个伺服坐标给控制系统，实现自动跑位。2.如权利要求1所述的基于插值的伺服走位误差补偿方法，其特征在于，所述步骤一包括：用百分表配合基准板测定A、B、C、D四个基准点的伺服坐标位置。3.如权利要求2所述的基于插值的伺服走位误差补偿方法，其特征在于，所述步骤二包括：利用A、B、C、D四个基准点的伺服坐标与工装板上的理论位置，计算插值转化向量。4.如权利要求3所述的基于插值的伺服走位误差补偿方法，其特征在于，所述步骤三包括：确定需要进行插值计算的理论位置坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世军，卢寅生，
申请(专利权)人：上海霍塔浩福自动化测试技术有限公司，
类型：发明
国别省市：