【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高端数控装备的精密运动控制，更具体地，涉及一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统及方法。
技术介绍
1、目前，大多数工业进给驱动系统采用滚珠丝杠进给驱动，利用旋转的电机驱动滚珠丝杠，实现平台的直线运动。电机和平台之间有柔性联轴器和长轴，这种机制可以被简化为一个柔性双质量系统，系统可达到的运动精度受到结构振动的限制。残余振动主要来源于结构动力学，如进给驱动系统的共振频率，并由包含高速/高加速度的轨迹命令所产生的惯性力所触发。不管是全闭环控制(通过光栅尺实时反馈平台端位置)还是半闭环控制(通过旋转编码器实时反馈电机端位置)，所产生的振动一般以平台端和电机端的相对运动形式呈现，这会对机床本体产生损害以及降低数控机床的运动精度，振动的存在制约了数控机床高速高精度的发展。
2、机床的振动一般可通过前馈控制方式来进行缓解。陷波滤波(notch filtering)和输入整形(input shaping)技术可用于调节轨迹命令中共振频率附近的频谱能量，因此能缓解轨迹引起的残余振动。然而这些方法增加了额外的延迟，会扭曲轨迹命令，在多轴运动中会导致轮廓跟踪精度降低。此外，基于零相位误差跟踪控制(zpetc)、零幅频误差跟踪控制(zmetc)以及忽略非最小相位零点(npz-ignore)等技术的模型反演技术可用于对轨迹命令进行预滤波而避免振动和改进轨迹跟踪精度；然而，这些前馈滤波技术对噪声和扰动较为敏感，并依赖于模型反演，因此需要对系统动态模型的精确辨识，对建模提出了很高的要求。
技术
1、本专利技术为克服上述现有技术仅能在理想条件下减少振动和提高精密度，但稳定性和对干扰的敏感性较差的缺陷，提供一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统及方法，能够更全面地减少系统振动，提高控制精度，提升响应速度和稳定性；同时通过迭代学习，本专利技术能够更好地适应各种操作条件和环境变化，适应性和灵活性更强，另外还能减少外部干扰的影响。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，包括：轨迹生成模块、迭代学习计算模块、误差计算模块、pid控制模块和数控机床进给驱动模块；
4、所述轨迹生成模块用于生成期望轨迹命令并进行预处理后输入误差计算模块；
5、所述迭代学习计算模块包括存储子模块和反演计算子模块，所述存储子模块用于存放所述控制系统产生的历史数据；所述反演计算子模块用于根据存储子模块中存放的历史数据，使用预设的反演模型迭代计算轨迹整形量和控制补偿量，并将轨迹整形量和控制补偿量分别输入pid控制模块和数控机床进给驱动模块；
6、所述误差计算模块用于接收预处理后的期望轨迹命令，并实时计算数控机床每次加工过程产生的偏差量，将偏差量输入所述pid控制模块；
7、所述pid控制模块用于根据轨迹整形量和偏差量计算控制量，并将控制量和控制补偿量共同输入所述数控机床进给驱动模块，完成对数控机床的控制。
8、优选地，所述存储子模块中所存放的历史数据包括：数控机床第j-1次加工过程中的电机端误差平台端误差轨迹整形量rj-1和控制补偿量uj-1。
9、优选地，所述误差计算模块所计算的偏差量包括：数控机床第j次加工过程中期望轨迹rd与平台位置的偏差以及轨迹整形量rj与电机位置的偏差
10、优选地，所述数控机床进给驱动模块包括：电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块；所述电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块通过联轴器连接；所述数控机床的机床平台设置于滚珠丝杆进给子模块的输出端。
11、优选地，所述电机驱动子模块中的电机输出轴上还设置有旋转编码器，旋转编码器用于检测电机位置机床平台上还设置有光栅尺，光栅尺用于检测数控机床的平台位置
12、本专利技术还提供一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法，基于上述的基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，包括以下步骤：
13、s1：根据所述数控机床进给驱动模块构建柔性双质量模型，并获取柔性双质量模型中电机端和平台端的传递函数；
14、s2：在所构建的柔性双质量模型的基础上进行初始化：将轨迹整形量和控制补偿量的初始值清零；初始化数控机床的加工次数最大值，轨迹生成模块生成期望轨迹命令并进行预处理，将预处理后的期望轨迹命令输入误差计算模块；
15、s3：数控机床进行第1次加工过程，第1次加工过程所产生的历史数据存储于存储子模块；
16、s4：反演计算子模块根据上一次加工过程所产生的历史数据，使用预设的反演模型迭代计算，并将下一次加工的轨迹整形量和控制补偿量分别输入pid控制模块和数控机床进给驱动模块；
17、s5：误差计算模块实时计算数控机床每次加工过程产生的偏差量，并将偏差量输入所述pid控制模块；
18、s6：pid控制模块根据轨迹整形量和偏差量计算控制量，并将控制量和控制补偿量共同输入所述数控机床进给驱动模块，完成对数控机床的控制；
19、s7：判断数控机床上一次加工过程和下一次加工过程所产生的偏差量之差的绝对值是否小于预设阈值，若小于，则执行步骤s8，否则，重新执行步骤s4；
20、s8：判断数控机床的加工次数是否达到最大值，若达到，则加工完成，否则，将上一次加工过程的轨迹整形量作为下一次加工过程的轨迹整形量，将上一次加工过程的控制补偿量作为下一次加工过程的控制补偿量，重新执行步骤s5。
21、优选地，所述步骤s1中，柔性双质量模型具体为：
22、
23、
24、q1＝mmmt
25、q2＝(mt+mm)cs+mmct+mtcm
26、q3＝(mt+mm)ks+cmct+(cm+ct)cs
27、q4＝(cm+ct)ks
28、其中，pm(s)和pt(s)分别为电机端和平台端的传递函数；pz(s)为电机端位置到平台端位置传递函数；s为拉普拉斯变换算子；mm和mt分别为电机端和平台端的位移；cs和ks分别为柔性双质量模型中两个质量之间的粘性阻尼和有限刚度系数；cm和ct分别为由导轨和轴承系统产生的粘性摩擦系数；
29、将所述柔性双质量模型中电机端和平台端的传递函数pm(s)和pt(s)，分别通过z变换转变为pm(z)和pz(z)。
30、优选地，所述步骤s2中，轨迹生成模块生成期望轨迹命令rd，并根据以下公式对生成的期望轨迹命令rd进行预处理：
31、
32、其中，r0为预处理后的期望轨迹命令。
33、优选地，所述步骤s4中，根据上一次加工过程所产生的历史数据，使用预设的反演模型迭代计算的过程为：
34、
35、其中，rj和uj分别为第j次加工过程的轨迹整型量和控制补偿量；和分别为第j-1次加工过程中的电机端误差和平台端误差；le为预设的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，包括：轨迹生成模块、迭代学习计算模块、误差计算模块、PID控制模块和数控机床进给驱动模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述存储子模块中所存放的历史数据包括：数控机床第j-1次加工过程中的电机端误差平台端误差轨迹整形量rj-1和控制补偿量uj-1。
3.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述误差计算模块所计算的偏差量包括：数控机床第j次加工过程中期望轨迹rd与平台位置的偏差以及轨迹整形量rj与电机位置的偏差
4.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述数控机床进给驱动模块包括：电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块；所述电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块通过联轴器连接；所述数控机床的机床平台设置于滚珠丝杆进给子模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述电机驱动
6.一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法，基于权利要求1～5任意一项中所述的基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，柔性双质量模型具体为：
8.根据权利要求7所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，轨迹生成模块生成期望轨迹命令rd，并根据以下公式对生成的期望轨迹命令rd进行预处理：
9.根据权利要求7所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据上一次加工过程所产生的历史数据，使用预设的反演模型迭代计算的过程为：
10.根据权利要求9所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法，其特征在于，所述根据预设的反演模型Le进行迭代计算，获取下一次加工的轨迹整形量和控制补偿量的过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，包括：轨迹生成模块、迭代学习计算模块、误差计算模块、pid控制模块和数控机床进给驱动模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述存储子模块中所存放的历史数据包括：数控机床第j-1次加工过程中的电机端误差平台端误差轨迹整形量rj-1和控制补偿量uj-1。
3.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述误差计算模块所计算的偏差量包括：数控机床第j次加工过程中期望轨迹rd与平台位置的偏差以及轨迹整形量rj与电机位置的偏差
4.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述数控机床进给驱动模块包括：电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块；所述电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块通过联轴器连接；所述数控机床的机床平台设置于滚珠丝杆进给子模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统，其特征在于，所述电机驱动子模块中的电...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宇林，刘焕牢，黄技，周恒宇，刘璨，罗冠宇，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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