提高直接驱动ＸＹ平台轮廓加工精度方法技术

提高直接驱动ＸＹ平台轮廓加工精度方法，具体包括：直接驱动ＸＹ平台的给定输入信号为位置参考指令，ＸＹ平台各单轴的速度、位置输出信号以及位置跟踪误差经过实时轮廓误差估计器后，得到精确地轮廓误差，然后送入实时轮廓误差补偿器，使轮廓误差减小趋近于零；在单轴上，将ＸＹ轴的位置误差送入ＩＰ控制器，将得到的控制量与实时轮廓误差补偿器输出量叠加为一个新的控制信号送入被控对象；被控对象的输出为实际输出的速度信号，经过积分器后，所得的信号即为实际的位置信号。本发明专利技术的目的在于提供一种用实时轮廓误差补偿法和ＩＰ控制来提高直接驱动ＸＹ平台轮廓加工精度的方法。

【技术实现步骤摘要】
提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法
本专利技术属于数控加工技术和控制领域，特别涉及一种用实时轮廓误差补偿法和IP 控制相结合来提高轮廓加工精度的控制方法。
技术介绍
当今世界各国装备制造业广泛采用数控技术提高制造能力和水平。大力发展以数 控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家 地位的重要途径之一。同时，用高效率加工方法已经成为当今制造业的迫切要求，在刀具等 技术的配合下，出现了高速高精度加工的切削机床，主要是各类加工中心和各种数控机床。 当今所谓高速高精度加工机床，不仅要有很高的主轴切削速度，而且要有很高的进给速度 和加速度，同时应当具有亚微米级以致更高的加工精度。而X-Y数控平台系统的精密轮廓 跟踪控制在数控机床中具有代表性，对提高数控系统加工精度和性能具有重要的作用。在X-Y平台伺服系统中，相对于传统的间接驱动方式，直线电机直接驱动方式具 有明显的优势。然而，此时伺服系统对负载扰动、端部效应和摩擦力扰动等不确定性更为敏 感，增加了电气控制上的难度，使其伺服性能降低。随着对数控系统的精度和速度的要求越 来越高，对伺服控制器也提出了更高的要求。提高加工速度可以缩短加工时间，提高加工效 率，然而在X-Y平台实现高速加工时，若跟踪轨迹有较剧烈的变化或者轮廓轨迹上存在较 大弯曲，导致轮廓跟踪误差增大，严重影响轮廓加工精度。因此，为了在加工精度和加工速 度之间取得平衡，解决X-Y平台高速度和高精度之间的矛盾，探寻实现X-Y数控平台的高速 度、高精度控制策略尤为重要。随着高精度复杂型面零件加工的不断增多，轮廓精度已成 为数控系统的重要精度指标之一。数控系统的轮廓加工轨迹是多轴协调运动的合成结果， 因此，轮廓精度的提高涉及到机床各进给轴的动态特性和参数匹配。对于高速加工和精密 加工，机床进给系统各轴间的动态特性不同、控制系统参数不匹配是轮廓跟踪误差的主要 来源，因此，对各轴间的动态特性进行分析是降低轮廓误差的首要问题。外部扰动是产生轮 廓跟踪误差的另一重要因素。在X-Y平台控制系统中，加工部件质量的变化较大，对系统性 能影响也较大，所以系统参数摄动也是产生轮廓误差的重要因素。随着高精度复杂型面零件加工的不断增加，轮廓精度已成为数控机床(CNC)系统 的重要精度指标。CNC系统的轮廓加工轨迹是多轴协调运动的合成结果，因此轮廓精度的提 高涉及到机床进给轴动态特性和参数匹配目前在这方面进行的研究归纳起来可分为两大 类，一类是从改善机床各进给轴的位置控制环的性能出发，通过各种先进的控制与补偿技 术提高伺服轴的动态性能从而达到改善系统轮廓精度的目的；另一类是直接从改善机床轮 廓误差出发，采用耦合轮廓补偿的办法，在不改变各轴位置环的情况下，通过向各轴提供 附加轮廓信息补偿的办法，对两轴的进给运动进行协调，达到减小系统的轮廓误差的目的。 对于轮廓加工系统，轮廓精度较单轴位置精度而言更直接影响工件的加工精度，采用轮廓 误差补偿技术则是提高系统轮廓加工精度的有效途径。在运动控制系统中，存在许多不确定性的非线性因素的影响，在单轴上，采用经典的PID伺服控制算法很难保证所要求的设计精度。为消除这些不良影响，设计和制造更精 密的机械零件将使系统造价昂贵；然而采用廉价计算技术，适当的补偿策略将使得应用相 对廉价的机械零件成为可能。为了消除不确定性的影响，采用了有效的控制方案。对于一 般精度而言，像PID这样的经典线性控制策略能够很好的满足要求。在数控机床的轮廓加 工中，一般采用常规比例(P)型或者比例微分(PD)型控制器，它对各坐标轴的参数匹配有 严格的限制。同时对于切削力、导轨非线性摩擦力、系统模型振动的影响，都可能严重地降 低了整个闭环系统的控制性能。但是对于需要高精度控制的情形，由于不光滑非线性的影 响，经典的控制策略可能不再适用。对于轮廓加工系统，交叉耦合轮廓控制对各轴的误差进 行补偿控制，这种控制的主要优点在于不存在耦合问题，缺点是在不同的轮廓运动中不易 确定调节器的参数。交叉耦合近似轮廓误差控制近似计算轮廓误差，根据误差值和控制器 的调节得到控制量，分配给各轴。这种控制方法的主要缺点在于其是一个有交叉耦合、非线 性、时变的系统，控制起来难度较大。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于提供一种用实时轮廓误差补偿法和IP控制来提高 直接驱动XY平台轮廓加工精度的方法。技术方案本专利技术的技术方案为提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于所述方法包括通过实时轮廓误 差估值器实时计算系统某一时刻的轮廓误差，以及各单轴控制器采用IP控制和速度前馈 控制相结合，具体包括以下以下步骤直接驱动XY平台的给定输入信号为位置参考指令，XY平台各单轴的速度、位置输出信 号以及位置跟踪误差经过实时轮廓误差估计器后，得到精确地轮廓误差，然后将这个轮廓 误差送入实时轮廓误差补偿器，通过将轮廓误差分解为位置分量，来进行补偿。使轮廓误差 减小趋近于零；实时位置误差补偿在XY轴的位移分量为权利要求1.提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于所述方法包括通过实时轮廓 误差估值器实时计算系统某一时刻的轮廓误差，以及各单轴控制器采用IP控制和速度前 馈控制相结合，具体包括以下步骤直接驱动XY平台的给定输入信号为位置参考指令，XY平台各单轴的速度、位置输出信 号以及位置跟踪误差经过实时轮廓误差估计器后，得到精确地轮廓误差，然后将这个轮廓 误差送入实时轮廓误差补偿器，通过将轮廓误差分解为位置分量，来进行补偿，使轮廓误差 减小趋近于零；实时位置误差补偿在XY轴的位移分量为其中2.根据权利要求1所述提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于被控对 象由直接驱动XY平台、速度环和电流环三部分组成。3.根据权利要求1所述提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于当直接 驱动XY平台轮廓加工轨迹为非线性时，建立其实时轮廓误差轨迹数学模型为4.根据权利要求1所述提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于所述方 法最终由嵌入控制电路DSP处理器中的控制程序实现，其控制过程按以下步骤执行步骤一、系统初始化； 步骤二、电机转子初始化；步骤三、允许INT1，INT2中断； 步骤四、启动Tl下溢中断； 步骤五、中断等待； 步骤六、Tl中断处理； 步骤七、保护中断处理； 步骤八、结束。5.根据权利要求1所述提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于步骤七 中保护中断处理过程按以下步骤执行步骤1 禁止所有中断； 步骤2 封锁IPM ； 步骤3 中断返回。6.根据权利要求1所述提高直接驱动XY平台轮廓加工精度方法，其特征在于步骤六 中Tl中断处理过程按以下步骤执行步骤1保护现场；步骤2 XY轴位置采样，并与各轴给定值比较后获得各轴位置偏差； 步骤3判断系统是否存在轮廓误差，是进入步骤4，否则进入步骤7 ； 步骤4调用实时轮廓误差估计程序进行轮廓误差估计； 步骤5判断是否进行轮廓误差补偿，是进入步骤6，否则进入步骤7 ； 步骤6调用实时位置误差补偿程序进行位置误差补偿； 步骤7分别调用XY轴位置PD调节；步骤8转速采样，XY轴位置PD调节器输出信号比较后分别获得各轴转速 偏差；步骤8 XY轴速度IP调节；步骤9 X本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高直接驱动ＸＹ平台轮廓加工精度方法，其特征在于：所述方法包括通过实时轮廓误差估值器实时计算系统某一时刻的轮廓误差，以及各单轴控制器采用ＩＰ控制和速度前馈控制相结合，具体包括以下步骤：直接驱动ＸＹ平台的给定输入信号为位置参考指令，ＸＹ平台各单轴的速度、位置输出信号以及位置跟踪误差经过实时轮廓误差估计器后，得到精确地轮廓误差，然后将这个轮廓误差送入实时轮廓误差补偿器，通过将轮廓误差分解为位置分量，来进行补偿，使轮廓误差减小趋近于零；实时位置误差补偿在ＸＹ轴的位移分量为：Ｐ↓［ｐｅｃｘ］＝Ｅ↓［ｘ］－Ｄ↓［ｘ］，Ｐ↓［ｐｅｃｙ］＝Ｅ↓［ｙ］－Ｄ↓［ｙ］其中：Ｄ↓［ｘ］，Ｄ↓［ｙ］－－分别为ＸＹ平台实际位置输出与经过时间ｔ后的估计位置输出之间的位移在ＸＹ轴的分量；Ｐ↓［ｐｅｃｘ］，Ｐ↓［ｐｅｃｙ］－－分别为轮廓误差在ＸＹ轴的补偿分量；ＸＹ轴的总控制信号为：Ｕ↓［ｘ］＝Ｅ↓［ｃ］↑［ｔ］Ｋ↓［ｃ］Ｃ↓［ｘ］＋Ｅ↓［ｘ］Ｋ↓［ｐｘ］＋Ｐ↓［ｐｅｃｋ］Ｋ↓［ｐｅｃｘ］Ｕ↓［ｙ］＝Ｅ↓［ｃ］↑［ｔ］Ｋ↓［ｃ］Ｃ↓［ｙ］＋Ｅ↓［ｙ］Ｋ↓［ｐｙ］＋Ｐ↓［ｐｅｃｙ］Ｋ↓［ｐｅｃｙ］其中：Ｋ↓［ｐｅｃｘ］，Ｋ↓［ｐｅｃｙ］－－为实时轮廓误差补偿控制器的ＸＹ轴增益；Ｋ↓［ｐｘ］，Ｋ↓［ｐｙ］－－为位置环控制器增益；Ｃ↓［ｘ］＝－ｓｉｎφ，Ｃ↓［ｙ］＝ｃｏｓφ；在单轴上，将ＸＹ轴的位置误差送入ＩＰ控制器，将得到的控制量与上述的实时轮廓误差补偿器的输出量叠加为一个新的控制信号送入被控对象；被控对象的输出为实际输出的速度信号，经过积分器后，所得的信号即为实际的位置信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽梅，李兵，孙宜标，刘春芳，赵希梅，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]