[发明专利]一种变速箱测试台架的输出加载机构的伺服定位控制方法

说明书

本发明公开了一种变速箱测试台架的输出加载机构的伺服定位控制方法，基于坐标变换原理，通过标准板测定并计算出该变速箱测试台架的伺服坐标与正交坐标的坐标变换及其逆矩阵；利用输出轴中心定位目标点在以输入轴中心为原点的正交坐标位置；根据坐标变换计算出目标点在以伺服电机零点为原点的伺服坐标位置；根据计算出的目标点的伺服坐标位置，对丝杠需要走的距离分别进行相应控制。采用本发明能够对硬件自身误差进行补偿，从而提高输出加载机构的伺服定位精度，满足测试需求。

技术领域

本发明属于伺服定位控制技术、具体涉及一种变速箱测试台架的输出加载机构的伺服定位控制方法。

背景技术

生产线用变速箱测试台架属于自动化专用设备，但是要求有一定的柔性，能满足同一类不同型号变速箱的测试要求，从而降低设备的采购成本。因此，变速箱生产厂家对变速箱测试台架有调整中心距的要求。

通常不同型号的变速箱的中心距不同，测试台架为了满足中心距不同机型之间的快速切换，一般输入轴(高速轴)采用固定形式，能够直接与任意一款变速箱对接即可，输出轴做成位置可进行调整的伺服定位结构，使得输出加载机构中心能与差速器中心(或变速箱输出中心)重合(一般将误差控制在允许范围内)。

图1即为某一款变速箱的示意图(含有差速器部件)，不同款变速箱的中心距L和两轴高度差H是不相同的。L和H主要与变速箱传递的扭矩、变速箱的润滑设计和整机布局有关。当不同的变速箱进入测试台架前，测试台架的输出加载机构的位置需要通过伺服控制到变速箱差速器位置，这样才能实行自动对接。一般情况下，要求输出加载机构的伺服定位精度为±0.02mm，重复定位精度≤0.02mm。这两项指标是一个系统工程，包含机械结构的制造精度、伺服传动系统(滚珠丝杠、导轨)的刚度和伺服定位控制精度。

如图2所示，在输出加载机构的竖直、水平两个方向(图2中两个箭头)的移动是通过滑轨导向及丝杠驱动实现的。对于变速箱上自带差速器的结构，两个输出需要同时调整。具体为竖直移动是通过伺服电机带动滚珠丝杠驱动主轴滑板实现，水平左右方向移动时通过伺服电机带动滚珠丝杠驱动三角架底座实现。整个结构没有做定位闭环控制，定位精度完全靠硬件的制造精度实现，包括三角架两个面的垂直度，导轨的滑动精度，丝杠的驱动精度等。为了避免丝杠与螺母的间隙导致的回程误差，一般情况丝杠会选用带预紧的结构。

目前，伺服控制系统基本采用的是开环控制，通常是通过控制驱动电机的脉冲数来实现电机的旋转角度，从而实现主轴系统在滑轨的导向作用下移动。设丝杠导程位P，则主轴移动的距离只需要控制电机转角θ，就可以很准确的得知主轴移动的距离。分别控制两根轴定位距离，就可以在平面内达到任意想要的位置。

目前，在软件中做伺服定位控制基本没有做补偿，也就是给伺服电机多少脉冲，按照这个脉冲再去计算滑块移动的距离来实现，基本没有考虑结构系统自身的误差导致的定位不准的问题。

综上所述，现有技术主要存在以下不足：

1、主轴移动方向上的两个导轨方向存在不垂直的情况，这个主要是由于结构的制造精度决定的。多个零件组装后形成的系统带来的累积误差比较大，导致沿轴向伺服定位带来误差。当两个运动方向相互垂直时，伺服定位的坐标是正交坐标系；当由于机械结构的制造及累计误差导致的两个运动方向不垂直时，在伺服控制的坐标系为非正交坐标系，此时需要将非正交坐标系向正交坐标系变换。此项误差属于系统误差，但可以通过补偿实现误差的最小化。

2驱动丝杠的轴线与导轨不平行，导致丝杠上的螺母移动距离与导轨上滑块移动距离之间存在一个角度误差，如图3中所示，两个黑色直线呈夹角，这就是一个系统误差。一般在装配控制时，需要使得丝杠中心与导轨导向线平行。但是实际上这个是不能做到完全平行的，会有一个角度误差α，那么丝杠驱动的距离l′与导轨实际移动距离l之间就存在如下关系：l＝l′·cosα，