一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光切割數(shù)控領(lǐng)域，具體的說是一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法。包括如下步驟：（1）圖形輸入；（2）位置指令序列生成；（3）伺服參數(shù)調(diào)整；（4）伺服傳動(dòng)；（5）反饋位置采集；（6）反饋位置圖形擬合；（7）反饋位置生成圖形；（8）圖形比較；（9）分析誤差：數(shù)控系統(tǒng)分析擬合曲線組成的圖形和輸入圖形之間的輪廓誤差，確定輪廓誤差的位置和輪廓誤差的大小，如輪廓誤差大小符合預(yù)先設(shè)定的誤差參數(shù)，則結(jié)束操作；反之，則返回第三步重新整定伺服參數(shù)，直至輪廓誤差大小符合設(shè)定的誤差參數(shù)。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠清晰的看到伺服傳動(dòng)誤差，自整定還可以消除人為因素影響，提升伺服參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性以及可靠性。
【專利說明】
一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及激光切割數(shù)控領(lǐng)域，具體的說是一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺 服參數(shù)自整定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨科技的發(fā)展，激光切割技術(shù)逐步登上了歷史的舞臺(tái)，高速高精度成為激光切 割的追求，然而速度與精度卻又相互制約，在保證速度的前提下，精度的提升成為行業(yè)發(fā)展 的關(guān)鍵。激光切割誤差由插補(bǔ)指令誤差、多軸伺服控制誤差以及機(jī)床傳動(dòng)誤差三部分組成。 其中指令誤差是運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃誤差，現(xiàn)階段的軌跡插補(bǔ)算法誤差以及機(jī)床傳動(dòng)誤差已經(jīng)控 制在誤差允許范圍內(nèi)。多軸伺服控制誤差主要由各軸伺服控制參數(shù)設(shè)置不匹配導(dǎo)致，伺服 控制參數(shù)影響著激光切割機(jī)床各軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，超調(diào)量，穩(wěn)定性，以及多軸同步性等方 面，對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制精度起到?jīng)Q定性作用?，F(xiàn)階段激光切割領(lǐng)域伺服參數(shù)整定主要依靠 經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，費(fèi)時(shí)，耗力而且還受人為因素影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù) 自整定方法，使得伺服參數(shù)自整定更加智能，節(jié)約工時(shí)，提升效率。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法， 其特征是包括如下步驟：
[0005] (1)圖形輸入:將圖形數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置誤差參數(shù)；
[0006] (2)位置指令序列生成:數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的圖形生成位置指令序列；
[0007] (3)伺服參數(shù)調(diào)整；
[0008] (4)伺服傳動(dòng):數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)整定后的伺服參數(shù)，控制多軸加工系統(tǒng)進(jìn)行加工；
[0009] (5)反饋位置采集:通過安裝在多軸上的固定采樣率采集編碼器反饋多軸的坐標(biāo) 數(shù)據(jù)；
[0010] (6)反饋位置圖形擬合:數(shù)控系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換矩陣將反饋的多軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)換算成圖 形層位置數(shù)據(jù)，并將圖形層位置數(shù)據(jù)通過插值擬合成曲線；
[0011] (7)反饋位置生成圖形:數(shù)控系統(tǒng)將擬合成的曲線組成圖形；
[0012] (8)圖形比較:將擬合曲線組成的圖形與輸入圖形比較；
[0013] (9)分析誤差:數(shù)控系統(tǒng)分析擬合曲線組成的圖形和輸入圖形之間的輪廓誤差，確 定輪廓誤差的位置和輪廓誤差的大小，如輪廓誤差大小符合預(yù)先設(shè)定的誤差參數(shù)，則結(jié)束 操作;反之，則返回第三步重新整定伺服參數(shù)，直至輪廓誤差大小符合設(shè)定的誤差參數(shù)。
[0014] 所述伺服參數(shù)調(diào)整步驟中首先設(shè)定允許的傳動(dòng)滯后距離值，然后分別判斷傳動(dòng)滯 后距離是否過大、判斷軸角平分線是否存在偏差和判斷軸過象限處是否存在偏差;在判斷 傳動(dòng)滯后距離是否過大時(shí)，若實(shí)際傳動(dòng)滯后距離大于預(yù)先設(shè)定的允許傳動(dòng)滯后距離值，則 修改位置環(huán)增益Kp和速度前饋系數(shù)Vff，反之則結(jié)束參數(shù)調(diào)整;在判斷軸角平分線是否存在 偏差時(shí)，若軸角平分線存在偏差，則檢查位置環(huán)增益Kp和速度前饋系數(shù)Vff的一致性，若不 一致則修改位置環(huán)增益Kp和速度前饋系數(shù)Vff，反之則結(jié)束參數(shù)調(diào)整;在判斷軸過象限處是 否存在偏差是，若軸過象限處存在偏差，則修改補(bǔ)償速度CmpV和補(bǔ)償時(shí)間CmpT，反之則結(jié)束 參數(shù)調(diào)整。
[0015] 所述反饋位置圖形擬合中轉(zhuǎn)換矩陣是指通過采集編碼器反饋獲得的多軸實(shí)時(shí)坐 標(biāo)與輸入圖形坐標(biāo)之間形成的映射關(guān)系。
[0016] 本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠清晰的看到伺服傳動(dòng)誤差，節(jié)約時(shí)間以及人力資源， 自整定還可以消除人為因素影響，提升伺服參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性以及可靠性;提高伺服參數(shù) 整定的效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明誤差測(cè)定的流程圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明中伺服參數(shù)自整定的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0020] 多軸伺服控制輪廓誤差形成原因，主要集中在以下三方面:各軸伺服控制存在滯 后誤差;各軸伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)定性以及超調(diào)量問題;伺服控制過程系統(tǒng)存在阻力。其中各軸 伺服控制滯后主要與其位置環(huán)增益以及速度前饋系數(shù)相關(guān)，軸之間要保證伺服控制動(dòng)態(tài)響 應(yīng)特性的匹配，否則就引起較大的輪廓控制誤差，造成加工圖形變形。在機(jī)床剛性允許的情 況下，要盡量增加各軸伺服控制剛性，減少控制滯后誤差，保證穩(wěn)定性的同時(shí)，提升系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)響應(yīng)特性;在系統(tǒng)剛性不足的情況下，可以通過提升速度前饋系數(shù)，減少控制滯后誤差， 提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。伺服系統(tǒng)的超調(diào)量與穩(wěn)定性，主要與伺服控制參數(shù)相關(guān)，參數(shù)調(diào)整 后要通過系統(tǒng)對(duì)特定信號(hào)的響應(yīng)結(jié)果，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。機(jī)床加工時(shí)各軸都存在改變運(yùn)動(dòng) 方向的情況--又稱過象限，此時(shí)摩擦力因?yàn)殪o摩擦力與動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)換會(huì)改變方向以及大 小，導(dǎo)致額外的控制滯后誤差，本發(fā)明通過過象限補(bǔ)償速度以及補(bǔ)償時(shí)間參數(shù)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ) 償，減少控制誤差。
[0021] 本發(fā)明使用時(shí)，伺服控制通過位置編碼器反饋值可獲取實(shí)時(shí)位置信息，將其與加 工圖形層坐標(biāo)形成映射關(guān)系，獲取轉(zhuǎn)換矩陣。在加工過程中以固定采樣率采集編碼器反饋 數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換矩陣換算成圖形層位置數(shù)據(jù)，并將其通過插值擬合成曲線，與加工圖形進(jìn)行 對(duì)比，便可以獲取加工過程中多軸伺服控制的輪廓誤差。完成誤差測(cè)定過程。
[0022] 具體流程如下:先將圖形數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置誤差參數(shù);隨后由數(shù)控系統(tǒng) 根據(jù)輸入的圖形數(shù)據(jù)生成位置指令序列；由數(shù)控系統(tǒng)先行設(shè)置伺服參數(shù)，包括位置環(huán)增益 Kp，速度環(huán)增益Kv，速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)Ts，速度前饋系數(shù)Vff，過象限補(bǔ)償速度CmpV和過象 限補(bǔ)償時(shí)間CmpT;數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)整定的伺服參數(shù)，控制多軸加工系統(tǒng)進(jìn)行加工;通過安裝在 多軸工位上的固定采樣率采集編碼器反饋多軸的實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù);數(shù)控系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換矩陣反 饋的多軸實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)換算成圖形層位置數(shù)據(jù)，并將圖形層位置數(shù)據(jù)通過插值擬合成曲 線;再有數(shù)控系統(tǒng)將擬合成的曲線組成圖形;將擬合成的曲線組成的圖形與輸入圖形比較， 分析誤差。
[0023] 實(shí)施例：
[0024] 以X、Y雙軸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)為例，首先確定內(nèi)環(huán)速度環(huán)參數(shù)。速度環(huán)增益Kv影響伺服 的響應(yīng)速度，在伺服系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量增大速度環(huán)增益，提升速度環(huán)響應(yīng)速度。選 取不同速度加工一條直線通過誤差測(cè)定結(jié)果分析是否震蕩現(xiàn)象，發(fā)生震蕩時(shí)證明速度環(huán)增 益參數(shù)設(shè)置過大，此時(shí)適量減少速度環(huán)增益至不震蕩，完成對(duì)速度環(huán)的整定過程。
[0025]速度環(huán)整定結(jié)束，開始整定位置環(huán)增益Κρ以及速度前饋補(bǔ)償參數(shù)Vff。通過分析伺 服控制系統(tǒng)伯德圖以及通過伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)理論推導(dǎo)，為了保證Χ，γ軸相頻一致性，需要 將每軸的位置環(huán)增益以及速度前饋系數(shù)設(shè)置為相同值。其參數(shù)值可以通過對(duì)線段的誤差測(cè) 定以及圓的誤差測(cè)定結(jié)果分析確定，位置環(huán)增益與速度前饋主要影響位置滯后量。伺服傳 動(dòng)位置滯后量為：
[0027] 其中，Vff為速度前饋系數(shù)，V為實(shí)時(shí)速度，Κρ為位置增益環(huán)。
[0028] 伺服傳動(dòng)滯后代表著系統(tǒng)的響應(yīng)速度，會(huì)降低系統(tǒng)伺服剛性，形成輪廓誤差。因此 應(yīng)在在沒有引起震蕩和超調(diào)的情況下，應(yīng)該盡量增大位置環(huán)增益Κρ以及速度前饋系數(shù)Vff， 提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小由滯后引起的輪廓誤差。
[0029] 伺服傳動(dòng)過程還需要考慮阻力影響，其中形成輪廓誤差起主導(dǎo)作用的是過象限動(dòng) 靜摩擦力的轉(zhuǎn)換以及力的變向，形成力的突變。為了減小過象限力改變的影響，在伺服系統(tǒng) 中引入了過象限補(bǔ)償速度CmpV以及過象限速度補(bǔ)償時(shí)間CmpT兩個(gè)參數(shù)。其值的確定通過系 統(tǒng)加工圓的誤差測(cè)定結(jié)果分析確定。如果圓誤差測(cè)定結(jié)果在X，Y軸角平分線處存在X軸的超 前或者滯后，此時(shí)需要檢測(cè)是否位置環(huán)增益以及速度前饋系數(shù)設(shè)置正常。通過誤差測(cè)定結(jié) 果分析是否在Χ，Υ軸過象限處存在超前滯后現(xiàn)象，如果存在則需要增加補(bǔ)償速度以及補(bǔ)償 時(shí)間以減少偏差，通過循環(huán)調(diào)整參數(shù)誤差測(cè)定，選取輪廓誤差最小的參數(shù)設(shè)為伺服參數(shù)，完 成伺服參數(shù)的自整定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法，其特征是包括如下步驟： (1) 圖形輸入:將圖形數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置誤差參數(shù)； (2) 位置指令序列生成:數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的圖形生成位置指令序列； (3) 伺服參數(shù)調(diào)整； (4) 伺服傳動(dòng):數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)整定后的伺服參數(shù)，控制多軸加工系統(tǒng)進(jìn)行加工； (5) 反饋位置采集:通過安裝在多軸上的固定采樣率采集編碼器反饋多軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)； (6) 反饋位置圖形擬合:數(shù)控系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換矩陣將反饋的多軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)換算成圖形層 位置數(shù)據(jù)，并將圖形層位置數(shù)據(jù)通過插值擬合成曲線； (7 )反饋位置生成圖形:數(shù)控系統(tǒng)將擬合成的曲線組成圖形； (8) 圖形比較:將擬合曲線組成的圖形與輸入圖形比較； (9) 分析誤差:數(shù)控系統(tǒng)分析擬合曲線組成的圖形和輸入圖形之間的輪廓誤差，確定輪 廓誤差的位置和輪廓誤差的大小，如輪廓誤差大小符合預(yù)先設(shè)定的誤差參數(shù)，則結(jié)束操作； 反之，則返回第三步重新整定伺服參數(shù)，直至輪廓誤差大小符合設(shè)定的誤差參數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法，其特 征是:所述伺服參數(shù)調(diào)整步驟中首先設(shè)定允許的傳動(dòng)滯后距離值，然后分別判斷傳動(dòng)滯后 距離是否過大、判斷軸角平分線是否存在偏差和判斷軸過象限處是否存在偏差;在判斷傳 動(dòng)滯后距離是否過大時(shí)，若實(shí)際傳動(dòng)滯后距離大于預(yù)先設(shè)定的允許傳動(dòng)滯后距離值，則修 改位置環(huán)增益Kp和速度前饋系數(shù)Vff，反之則結(jié)束參數(shù)調(diào)整;在判斷軸角平分線是否存在偏 差時(shí)，若軸角平分線存在偏差，則檢查位置環(huán)增益Kp和速度前饋系數(shù)Vff的一致性，若不一 致則修改位置環(huán)增益Kp和速度前饋系數(shù)Vff，反之則結(jié)束參數(shù)調(diào)整;在判斷軸過象限處是否 存在偏差是，若軸過象限處存在偏差，則修改補(bǔ)償速度CmpV和補(bǔ)償時(shí)間CmpT，反之則結(jié)束參 數(shù)調(diào)整。3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于數(shù)控系統(tǒng)基于誤差測(cè)定的伺服參數(shù)自整定方法，其特 征是:所述反饋位置圖形擬合中轉(zhuǎn)換矩陣是指通過采集編碼器反饋獲得的多軸實(shí)時(shí)坐標(biāo)與 輸入圖形坐標(biāo)之間形成的映射關(guān)系。
【文檔編號(hào)】G05B19/4099GK106094733SQ201610586452
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日 公開號(hào)201610586452.1, CN 106094733 A, CN 106094733A, CN 201610586452, CN-A-106094733, CN106094733 A, CN106094733A, CN201610586452, CN201610586452.1
【發(fā)明人】萬章, 石斌
【申請(qǐng)人】上海柏楚電子科技有限公司