[发明专利]一种直驱高速进给系统伺服参数多目标优化方法

说明书

本发明提供的一种直驱高速进给系统伺服参数多目标优化方法，包括以下步骤：步骤1，确定模型参数的辨识模型；步骤2，建立伺服参数多目标优化函数；步骤3，确定某一确定运动参数下的伺服控制参数域；步骤4，确定运动参数和负载的变化区间；再将确定的运动参数的变化区间带入步骤二中的多目标优化函数，得到多工况对应的最优伺服控制参数库；步骤5，确定最终的伺服控制参数值；本发明基于传统的级联PID控制，针对位置环和速度环，提出了伺服控制参数的多目标优化方法，该方法综合考虑不同运动误差以及不同伺服控制参数之间的相互影响，针对不同的加工工况和运动参数需求，能够实现伺服控制参数的定量优化选择和确定，大大简化了传统的调试步骤和工作量。

技术领域

本发明属于高速高精数控机床智能制造领域，具体涉及一种直驱高速进给系统伺服参数多目标优化方法，适用于高速高精数控机床等场合。

背景技术

直驱高速进给系统因其突出的性能优势在高速高精数控机床智能制造领域具有巨大的应用前景。然而其独特的零传动结构，使得伺服驱动和机械系统之间的耦合关系加剧，在运动过程中存在着形式多样的运动误差，影响系统运动精度。虽然国内外学者已经进行了大量的研究工作，提出了各种控制补偿策略，但是受限于算法自身的复杂性和工程计算能力以及成本，实际应用并不理想。

目前基于PID的级联控制依然是直驱系统的主要基础控制方式，其伺服控制参数的好坏一方面决定了直驱进给系统的运动性能，另一方面对其他先进控制算法的效果具有重要的影响。

目前直驱进给系统的伺服控制参数调节，主要是依靠传统的经验和试凑法，对调试工人要求较高，而且工作量大，具有一定的偶然性，很难满足智能制造的加工需求。而且直驱进给系统在运动过程中，运动误差的表现形式和特点与传统的滚珠丝杠进给系统存在较大的差异。目前的伺服参数调试方法没有考虑不同参数和不同性能指标之间的相互耦合影响，调试过程复杂费时，调试结果很难满足实际系统的高速高精要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直驱高速进给系统伺服参数多目标优化方法,解决了目前直驱进给系统的伺服控制参数调节，主要是依靠传统的经验和试凑法，对调试工人要求较高，而且工作量大，具有一定的偶然性，很难满足智能制造的加工需求。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种直驱高速进给系统伺服参数多目标优化方法，包括以下步骤：

步骤1，利用迭代最小二乘法对直驱高速进给系统机电集成模型中的实际应用对象的模型参数进行辨识，得到模型参数的辨识模型；

步骤2，利用步骤一得到的模型建立伺服参数多目标优化函数；

步骤3，利用步骤二得到的优化函数，通过搜索算法对多目标约束下的伺服参数进行搜索，得到某一确定运动参数下的伺服控制参数域；

步骤4，根据驱动系统确定需要优化的伺服控制参数以及相应的优化参数范围，根据加工工艺需求，确定运动参数和负载的变化区间；再将确定的运动参数的变化区间带入步骤二中的多目标优化函数，得到多工况对应的最优伺服控制参数库；

步骤5，根据具体零件特点和精度要求，分析各项评价指标所占权重，利用步骤四得到的最优伺服控制参数库确定最终的伺服控制参数值；

步骤6，根据步骤5中最终确定的伺服控制参数值，测试直驱进给系统在不同运动参数下的各项运动性能指标，若满足步骤2中的约束条件，则优化完成；若不满足，重复步骤二和步骤三，直至满足条件，优化过程结束。

优选地，步骤1中，模型参数的辨识模型为：