[发明专利]基于时频分析的二轴运动系统轮廓误差补偿方法及装置

说明书

一种基于时频分析的二轴运动系统轮廓误差补偿方法及装置，属于多轴联动系统运动控制技术领域。该方法分析二轴系统中的各轴在轨迹跟踪控制过程中的频率特性，确定合适的轨迹补偿量，补偿两轴实际位置输出的幅频特性衰减，并使得两轴具有相同的相频滞后特性，理论上实现轮廓误差为零。所述补偿方法通过对二轴系统中各轴的期望轨迹进行时频分析的方式，确定两条期望轨迹的幅频和相频特性随时间的变化关系，然后再根据各轴的闭环频率特性计算各轴在期望轨迹下的幅频衰减和相频滞后，并据此计算合理的各轴补偿量。将补偿量叠加到原有期望轨迹上，即可在不改变各轴闭环控制器结构的前提下有效减小二轴协同运动中的轮廓误差。

技术领域

本发明涉及二轴运动系统的控制方法，具体涉及一种基于时频分析的二轴运动系统轮廓误差补偿方法及装置。

背景技术

二轴协同运动系统在以激光雕刻机为代表的多轴数控机床中有着非常广泛的应用。对于二轴系统X轴和Y轴的协同控制而言，由于两轴动力学特性不一致。单纯地提升每个轴的轨迹跟踪控制效果并不一定能够保证最终轮廓加工效果的提升。为此需要对二轴系统设计专门的轮廓运动控制方案以减小多轴运动过程中的轮廓误差。现有的轮廓运动控制方法多数需要对闭环控制进行调整以实现两轴的协同控制，这种方式不利于在集成度较高的(对底层控制器结构和参数无法进行修改)的底层伺服控制系统中的应用。

申请人发现，若仅对二轴系统的输入期望轨迹进行调整，而不改变闭环控制器的结构和参数，对于集成度较高的伺服运动控制系统而言是便于实现的。而针对这种方式，目前暂未有较好的解决方案。

发明内容

在本申请中，通过时频分析的手段确定两轴的期望轨迹的频率特性随时间的变化，再根据各轴的闭环频率特性，确定在期望轨迹的输入下会产生的幅频特性衰减和相频特性的滞后，并据此设计轨迹补偿量，减小两轴运动控制中的幅值衰减，并使得两轴具有相同的相位滞后，理论上可以间接地提升轮廓运动精度。

本发明目的在于提出一种基于预测模型的旋转伺服电机轨迹预补偿方法，以解决上述背景技术中所提出的问题，使其具有较强抗干扰能力和良好的轨迹跟踪精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于时频分析的二轴运动系统轮廓误差补偿方法，所述方法包括如下步骤：

根据X-Y二轴系统的期望轨迹及采样时间T_s，确定时间长度为NT_s的X-Y二轴系统的期望轨迹的离散化表示x(nT_s)和y(nT_s)，其中1≤n≤N，N表示N个采样时间；

利用时频分析方法确定X-Y二轴系统的期望轨迹瞬时频率f_i(nT_s)；

根据X-Y二轴系统的闭环传递函数确定X-Y二轴系统的幅频特性A_i以及相频特性i＝x表示对应X轴，i＝y表示对应Y轴；

利用所述相频特性和所述期望轨迹瞬时频率确定X-Y二轴系统的期望轨迹时序调整参数Δn_i；

利用所述时序调整参数，以X-Y二轴系统的(n+Δn_i)T_s时刻的期望轨迹与X-Y二轴系统的(n+Δn_i)T_s时刻期望轨迹瞬时频率下的幅频的比值作为X-Y二轴系统的在nT_s时刻的修正期望轨迹；

将生成的所述修正期望轨迹输入到二轴运动系统中，控制二轴系统的运动。

本发明还提供一种基于时频分析的二轴运动系统轮廓误差补偿装置，所述装置包括：