[发明专利]一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法

摘要

本发明公开了一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，包括步骤一、摩擦补偿效果参数设置；二、数控机床进给系统运动轨迹参数和伺服控制参数的获取；三、数控机床进给系统的运动及换向时刻速度环积分增益项的采集；四、进给系统正负运动方向摩擦力矩的获取；五、摩擦补偿脉冲特征参数方程式的建立；六、摩擦补偿脉冲持续时间的获取；七、摩擦补偿脉冲幅值的获取。本发明方法步骤简单，设计合理，能够满足用户对摩擦补偿效果的要求，能够显著提高数控机床加工精度，适用范围广，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

主权项

一种数控机床摩擦补偿脉冲特征参数自适应配置方法，所述数控机床通过数控系统控制，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、摩擦补偿效果参数设置：在数控系统上设置摩擦补偿效果最优值ebest和摩擦补偿脉冲幅值增量Api；步骤二、数控机床进给系统运动轨迹参数和伺服控制参数的获取：数控系统从数控机床插补器中获得数控机床进给系统运动轨迹参数，并从人机交互软件中获得数控机床进给系统伺服控制参数；所述数控机床进给系统运动轨迹参数包括数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr、数控机床进给系统运动轨迹插补速度和数控机床进给系统运动轨迹插补加速度所述数控机床进给系统伺服控制参数包括位置环比例增益Kpp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi、速度前馈系数KVF、加速度前馈系数KAF和速度环采样及控制周期T；步骤三、数控机床进给系统的运动及换向时刻速度环积分增益项的采集：数控系统控制数控机床进给系统按照数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr运动，并从人机交互软件中采集数控机床进给系统工作台换向时刻速度环积分增益项vie；步骤四、进给系统正负运动方向摩擦力矩的获取：数控机床进给系统换向过程中，数控系统从人机交互软件中采集换向过程中摩擦误差峰值时刻对应的控制变量u，并根据公式：Tfsm＝u·Kt    (4‑1)计算得到换向过程中摩擦误差峰值时刻进给系统的正负运动方向摩擦力矩Tfsm；其中，Kt为进给系统电机驱动器的力矩常数；步骤五、摩擦补偿脉冲特征参数方程式的建立：数控系统根据摩擦补偿效果最优值ebest、换向过程中摩擦误差峰值时刻进给系统的正负运动方向摩擦力矩Tfsm和数控机床进给系统运动轨迹插补指令xr建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式：Tm((i+N)T)≈Tfsmex((i+N)T)≈ebest·sig(x·r)sig(x·r)=1,x·r((i+N)T)>0-1,x·r((i+N)T)<0---(5-1)]]>其中，Tm为数控机床进给系统驱动力矩且Tm＝u·Kt，iT为数控机床进给系统工作台换向时刻，i为数控系统中的计数器所计数值，N为迭代次数，i的取值和N的取值均为正整数，ex为数控机床进给系统工作台换向过程中的跟随误差且ex的计算方程式为：ex((i+N)T)≈xr((i+N)T)‑xr(iT)      (5‑2)步骤六、摩擦补偿脉冲持续时间的获取：数控系统依次取N＝1,2,3…，并将方程式(5‑2)带入方程式(5‑1)中，求解方程式(5‑1)，直至N的取值使方程式(5‑1)成立，并将此时N的取值确定为迭代次数N的最终取值；再根据公式：Tp＝N·T       (6‑1)计算得到摩擦补偿脉冲持续时间Tp；步骤七、摩擦补偿脉冲幅值的获取，具体过程为：步骤701、数控系统将摩擦补偿脉冲幅值Ap的初始值设置为与摩擦补偿脉冲幅值增量Api相等；步骤702、数控系统设置迭代算法求解摩擦补偿脉冲幅值的执行次数k的初始值为1；步骤703、数控系统根据方程式：e′x((i+k)T)≈xr((i+k)T)‑xr(iT) (7‑1)计算数控机床进给系统工作台换向时刻的下一时刻(i+k)T时刻的跟随误差e′x；步骤704、数控系统根据方程式：vr((i+k)T)=e′x((i+k)T)Kppv((i+k)T)=0ev((i+k)T)=vff((i+k)T)+Ap((i+k)T)+vr((i+k)T)-v((i+k)T)---(7-2)]]>计算(i+k)T时刻的命令速度vr、实际运动速度v和速度环误差项ev；其中，vff为速度前馈输出项且步骤705、数控系统根据方程式：vpe((i+k)T)=Kvpev((i+k)T)vie((i+k)T)=Kvi·T·ev((i+k)T)+vie(iT)---(7-3)]]>计算(i+k)T时刻的速度环比例增益项vpe和速度环积分增益项vie；步骤706、数控系统根据方程式：u′((i+k)T)＝vpe((i+k)T)+vie((i+k)T)+aff((i+k)T) (7‑4)计算(i+k)T时刻的控制变量u′；其中，aff为加速度前馈输出项且步骤707、数控系统根据方程式：T′m((i+k)T)＝u′((i+k)T)Kt (7‑5)计算(i+k)T时刻的数控机床进给系统驱动力矩T′m；步骤708、数控系统将迭代算法求解摩擦补偿脉冲幅值的执行次数k的取值增加1；步骤709、重复执行步骤703～708，直至k＞N；步骤7010、数控系统判断方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm是否成立，当方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm成立时，将此时的Ap的取值确定为摩擦补偿脉冲幅值Ap的最终取值；否则，当方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm不成立时，将Ap的取值增加Api，并设置k的取值为1，重复执行步骤703～7010，直至方程式T′m((i+N)T)≈Tfsm成立。