[发明专利]参数曲线轨迹伺服轮廓误差的实时测定方法

说明书

本发明公开了一种参数曲线轨迹伺服轮廓误差的实时测定方法，通过控制器读取各伺服轴的实际位置。根据当前指令位置对应的曲线参数、上一时刻足点参数、各位置的切矢量、距离矢量的关系对伺服轮廓误差的情况进行分类判断。定义了非线性的垂直度函数，根据轮廓误差分类情况，采用区间端点搜索方法确定垂直度函数的解区间。通过非线性数值解法计算垂直度函数的解，从而计算出轮廓误差的精确值。本发明实现对伺服轮廓误差解范围的实时跟踪和准确限定，计算精度和效率高，实现了伺服轮廓误差的实时高精度测定，可应用于复杂、高速的生产过程中的工艺在线优化、误差补偿控制、设备状态监测等方面，提升生产精度和效率。

技术领域

本发明属于机电系统伺服控制领域，具体涉及到参数曲线轨迹控制系统中伺服轮廓误差的实时测定技术。

背景技术

多轴轮廓运动伺服控制系统在数控机床、机器人、光刻设备等有广泛应用。在多轴伺服控制系统中，由系统控制系统引入的轮廓误差对轨迹精度具有直接影响。为了对伺服轮廓误差进行监视以便改进工艺和参数，或者对误差进行校正控制，需要对轮廓误差进行准确测定。一般需要根据各伺服电机反馈的各轴各时刻位置坐标，以及理论轨迹的数学表达式，对轮廓误差进行计算。随着多轴伺服运动控制系统的应用日趋复杂化，运动轨迹已由简单的直线、圆弧等轨迹逐渐过渡到自由参数曲线轨迹。然而，参数曲线轨迹的数学表达相对复杂，其轮廓误差的计算难度较大，更难以实现在控制中实时进行测定。

伺服轮廓误差定义为伺服系统实际位置到理论轨迹曲线的距离。此距离通常是无法直接测量的，一般是通过测量各运动轴的伺服电机的实际位置，对轮廓误差进行间接计算。对于伺服轨迹的轮廓误差测定可分为离线计算和实时测定两类方法。离线计算可根据轮廓误差的定义，列出实际轨迹中每个点到理论参数轨迹的距离方程，并通过求极值或最优化等方法进行计算。由于距离方程一般是非线性高阶方程，无法获得解析解，需要应用数值计算方法进行反复迭代。另外根据定义得到的方程含有多个解，需要解出多个候选解并进行取舍，计算量非常大。实时测定方法通常采用近似处理，通过对轮廓误差进行几何或代数上的近似处理，并利用伺服系统中各轴跟踪误差的信息，简化了轮廓误差的计算，从而能够应用于伺服轮廓误差的在线实时测定。但是现有的近似计算方法高速、高曲率复杂轨迹情况下的计算精度普遍较差，因此难以实现精确的轮廓误差实时测定。随着数字化伺服控制系统计算能力的提升，以及高速高精度运动控制器需求的日益增长，急需在实时伺服轮廓误差测定中实现更加精密、完善的计算方法，但当前尚缺少有效的实时高精度测定方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种参数曲线轨迹伺服轮廓误差的实时测定方法，可以解决现有测定方法精度低、效率差等缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

参数曲线轨迹伺服轮廓误差的实时测定方法，假设轨迹的参数曲线方程为轨迹对应的参数u范围为[u_s,u_e]，算法开始前进行初始化，将足点参数变量u₀初始化为曲线起点处的参数值u_s,同时设定邻域搜索范围变量ε₁、ε₂、ε₃(均大于0)，区间端点搜索点数N(N>1)，对于给定的位置矢量定义垂直度函数f(u)为矢量与曲线切矢的内积(u∈[u_s,u_e])，之后在每个伺服控制周期内，计算当前轮廓误差，具体步骤如下：

(1)读取当前各轴伺服电机位置反馈，确定当前实际位置设置足点丢失标志位lost为0；