專利名稱：一種數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)摩擦誤差補(bǔ)償方法
一種數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)摩擦誤差補(bǔ)償方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種誤差補(bǔ)償方法，尤其是一種針對數(shù)控 機(jī)床伺服系統(tǒng)的摩擦誤差補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
摩擦是數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中一種強(qiáng)烈并且不可避免的外部擾動因素。由于 摩擦產(chǎn)生的誤差現(xiàn)象將嚴(yán)重地限制數(shù)控機(jī)床高精度控制的實(shí)現(xiàn)。因此關(guān)于伺服系統(tǒng)中摩 擦誤差的消除和控制一直是高速、高精度數(shù)控技術(shù)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。由于摩擦的強(qiáng)非 線性特性，一般的線性反饋控制方法很難針對性地解決摩擦在高速、換向等條件下的誤 差特性。利用基于摩擦模型的前饋補(bǔ)償方法是一種更為直接而有效的控制方法。根據(jù)摩 擦模型可以實(shí)現(xiàn)對摩擦力幅值和摩擦誤差特性的建模和預(yù)測，并通過前饋補(bǔ)償可以針對 性輸出補(bǔ)償量以抵消摩擦力的作用，從而實(shí)現(xiàn)摩擦誤差的消除。
然而對于數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)等應(yīng)用條件而言，運(yùn)動路徑具有較高的運(yùn)動速度和 加速度要求，需要頻繁地進(jìn)行速度換向，摩擦力變化強(qiáng)烈，簡單直接補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償策略的 作用時(shí)間較少，補(bǔ)償效果受到一定的限制。因此需要利用伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來提高 前饋補(bǔ)償方法的應(yīng)用效果。對于數(shù)字控制系統(tǒng)而言，被控對象的控制量輸入僅僅在采樣 瞬間變化，而在相鄰兩個(gè)采樣瞬間的整個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，無論被控對象的輸出如何變化， 其輸入的特性僅根據(jù)保持器的特性而變化，即這時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)處于開環(huán)控制狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)摩擦誤差 補(bǔ)償方法，根據(jù)伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)的特性提出利用多采樣率控制策略來實(shí)現(xiàn)摩擦補(bǔ)償， 該摩擦補(bǔ)償策略在控制周期內(nèi)插入補(bǔ)償周期，使摩擦補(bǔ)償作用發(fā)生在非反饋控制狀態(tài) 下，減少了位置反饋控制和摩擦前饋補(bǔ)償?shù)南嗷ヱ詈嫌绊?，并且提高了補(bǔ)償?shù)妮敵鼍?和輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)了更為精確的摩擦補(bǔ)償效果。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的
該數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)摩擦誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟
1)首先位置插補(bǔ)器向差分器輸出位置指令，所述差分器根據(jù)位置指令計(jì)算得到 速度指令輸入信號，并傳給摩擦指令生成器；
2)摩擦指令生成器根據(jù)速度指令輸入信號計(jì)算生成摩擦補(bǔ)償指令信號；
3)摩擦補(bǔ)償器根據(jù)摩擦補(bǔ)償指令信號計(jì)算得到摩擦補(bǔ)償值信號，再由第一定時(shí) 器確定的采樣周期下通過第一零階保持器實(shí)現(xiàn)對摩擦補(bǔ)償器輸出的摩擦補(bǔ)償值信號的保 持，所述第一零階保持器輸出前饋補(bǔ)償量信號；
4)在步驟1)至3)進(jìn)行的同時(shí)，將位置插補(bǔ)器生成的位置指令信號與實(shí)際反饋測 量得到的位置信號求差后，作為位置反饋誤差信號；使所述位置反饋誤差信號通過反饋 控制器，在第二定時(shí)器確定的采樣周期下，得到位置反饋控制量信號；然后通過第二零階保持器后輸出反饋控制信號；將所述反饋控制信號和步驟3)的前饋補(bǔ)償量信號按照下 式(A)求和得到摩擦誤差補(bǔ)償后的合成控制信號
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)摩擦誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先位置插補(bǔ)器(2)向差分器輸出位置指令，所述差分器根據(jù)位置指令計(jì)算得到 速度指令輸入信號，并傳給摩擦指令生成器(1)；2)摩擦指令生成器(1)根據(jù)速度指令輸入信號計(jì)算生成摩擦補(bǔ)償指令信號(C》；3)摩擦補(bǔ)償器(3)根據(jù)摩擦補(bǔ)償指令信號(C1)計(jì)算得到摩擦補(bǔ)償值信號，再由第一 定時(shí)器(7)確定的采樣周期下通過第一零階保持器(5)實(shí)現(xiàn)對摩擦補(bǔ)償器(3)輸出的摩擦 補(bǔ)償值信號的保持，所述第一零階保持器(5)輸出前饋補(bǔ)償量信號(U。mp)；4)在步驟1)至3)進(jìn)行的同時(shí)，將位置插補(bǔ)器(2)生成的位置指令信號(X1)與實(shí)際 反饋測量得到的位置信號(Xa)求差后，作為位置反饋誤差信號；使所述位置反饋誤差 號通過反饋控制器(4)，在第二定時(shí)器(8)確定的采樣周期下，得到位置反饋控制量 號；然后通過第二零階保持器(6)后輸出反饋控制信號(Ufd)；將所述反饋控制信號(Ufd) 和步驟3)的前饋補(bǔ)償量信號(U。mp)按照下式(A)求和得到摩擦誤差補(bǔ)償后的合成控制信 號(U。)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于步驟2)中，所述摩擦指令生 成器(1)根據(jù)速度指令輸入信號計(jì)算生成摩擦補(bǔ)償指令信號(C)的方法為摩擦指令生 成器(1)根據(jù)速度指令輸入信號，按照第一定時(shí)器(7)的采樣周期對摩擦指令生成器(1) 的速度指令輸入信號進(jìn)行線性化插值，得到摩擦補(bǔ)償指令信號(Q)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于步驟3)中，所述摩擦補(bǔ)償器 3生成的前饋摩擦補(bǔ)償量u。mp的計(jì)算采用指數(shù)摩擦模型來完成，所述指數(shù)摩擦模型如式 (B)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)摩擦誤差補(bǔ)償裝置及其補(bǔ)償方法。其提出采用離散系統(tǒng)多采樣率控制結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)位置反饋控制和摩擦前饋補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)針對摩擦誤差的消除。在該多采樣率控制結(jié)構(gòu)中，要求摩擦前饋的采樣頻率高于位置反饋的采樣頻率，利用該多采樣率控制結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在不改變伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的條件下，在位置反饋中加入細(xì)化的摩擦前饋補(bǔ)償功能。細(xì)化的摩擦前饋補(bǔ)償量的計(jì)算利用伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)中的位置插補(bǔ)器輸出，通過線性插值方法得到更為細(xì)化的補(bǔ)償速度指令輸入，進(jìn)而采用指數(shù)摩擦模型來實(shí)現(xiàn)對摩擦力幅值變化的預(yù)測及補(bǔ)償量的確定。該補(bǔ)償方法充分利用了多采樣率控制器的特點(diǎn)和伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提高了摩擦補(bǔ)償?shù)妮敵鼍群洼敵鲱l率，從而實(shí)現(xiàn)了更為精確的摩擦補(bǔ)償效果。
文檔編號G05B19/404GK102023612SQ20101056873
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者馮斌, 劉棟, 張東升, 梅雪松, 程有龍, 陶濤 申請人:西安交通大學(xué)