[发明专利]开放式数控系统中的起点与终点同步方法、伺服驱动器

说明书

技术领域

本发明属先进控制领域，具体涉及开放式数控系统中的一种起点同步与终点同步方法，用于在刀路曲线的实时控制过程中对L分割中的微线段ΔL_i(i＝1，...，n)的起点与终点进行实时同步。

背景技术

众所周知，在机械系统的数字控制过程中，所谓实时过程就是控制相关坐标轴联动以合成刀路曲线(Tool Path)。所谓数字控制就是将刀路曲线离散为坐标轴所需要的离散位置信息并以一定的时间间隔发送给伺服驱动器，控制坐标轴的合成位移。

在一般情况下，设联动的坐标轴为X、y、Z、A、B等5轴，刀路曲线为X、y、Z、A、B等5个变量的函数。将X、y、Z、A、B等5个伺服驱动器接收的坐标值增量依时序列为表1。

表1

表1中，时间T被离散分割为n个区间：Δt₁，...，Δt_n，X、y、Z、A、B等5个变量在Δt_i内的坐标值增量为ΔX_i、Δy_i、ΔZ_i、ΔA_i、ΔB_i。

ΔL_i(i＝1，...，n)称之为刀路曲线的L分割；Δt_i(i＝1，...，n)称之为刀路曲线的T分割。

L分割用于控制坐标轴产生合成位移；T分割用于控制合成位移之间的时间间隔。

在实时控制过程中，X轴首先进给ΔX₁，经过Δt₁后再进给ΔX₂，直到ΔX_n，y、Z、A、B、W、E、H等轴也是如此。因而，Δt_n是冗余的，故舍去。另外，为了统一控制步骤，增加Δt₀。Δt₀与刀路曲线无关，可适当设定。将下标0，1，...，n-1调整为1，...，n。为叙述的方便起见，且有别于插补周期，T分割中的Δt_i称之为控制节律。

L分割与T分割在存储空间的数字映像称之为联动表与随动表。

申请人的在先发明专利《一种计算机辅助数字控制方法与系统》(发明专利号：ZL 201010536800.7)基于离散几何学与离散运动学，将计算机数字控制CNC(Computer Numerical Control)发展为计算机辅助数字控制CANC(Computer Aided Numerical Control)，采用离散几何规划生成刀路曲线的本征L分割，基于本征L分割采用离散运动规划生成刀路曲线的T分割与L分割；所述L分割用于控制坐标轴联动产生合成位移；所述T分割用于控制所述轴位移之间的时间间隔。

PC系统的核心任务是，将压缩在刀路曲线与进给速度中的数字控制信息解压，制造刀路曲线的关联数据流，也就是规划刀路曲线的L分割与T分割。在数据流关联控制中，L分割的规划过程与T分割的规划过程为非实时过程。

在基于IEEE定义的现有开放式数控系统中，T分割Δt_i(i＝1，...，n)为实时操作系统的分时周期，是等长的，称之为插补周期。在数据流关联控制中，T分割Δt_i(i＝1，...，n)不是等长的。L分割与T分割仅取决于刀路曲线的几何特征与坐标轴的运动学/动力学特征，与实时操作系统的分时周期无关。按照不同的控制目的，针对刀路曲线的曲率变化所产生的时变特性，L分割与T分割可以将刀路曲线的几何特征与坐标轴的运动学/动力学特征充分精细化，涉及刀路曲线的非欧化误差、微线段ΔL₁，...，ΔL_n之间的运动平稳性、加减速控制等，还在L分割中对传动链之间的反向间隙、螺距误差等确定性误差进行补偿。

通过坐标轴联动合成微线段ΔL_i，要求所有的坐标轴在ΔL_i的起点同时开始进给并在ΔL_i的终点同时完成进给，即所有的坐标轴应具有起点同步与终点同步。

时滞是工业过程中固有的特性，是物理系统中的最难控制的动态环节。动态时滞的产生缘于伺服驱动器处于非线性复杂性的内外环境中。机械系统的非线性外部扰动、摩擦力、轴的负载变化、轴的增益与时间常数不匹配等环境不确定性，系统模型的参数与结构的模型不确定性、进给速度与轮廓曲率变化的时变特性都影响时滞，从而改变轴的动态性能，导致坐标轴终点不同步，产生轮廓误差。