[发明专利]总线式伺服双轴同步控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数字控制的双轴同步控制技术，具体地说是一种总线式伺服双轴同步控制方法。

背景技术

随着数控技术的推广，大型数控设备被广泛地用于各种机械加工领域以满足一些体积较大、精度较高、生产周期要求短的工件的加工需求。在这些大型的龙门式和桥式数控设备的机床控制中，双轴同步驱动技术已成为一种常见的控制方法，如动梁式龙门铣床的横梁升降控制，龙门框架移动式加工中心的龙门框架移动控制等。

虽然在这些情况下，可以采用一台电机通过传动链将运动分配到同步运动轴的方案，但存在传动链较长、传动机构复杂、间隙误差大且无法补偿，以及维护困难等问题。因此，采用两个电机同步驱动运动机构的两边，已成为当前解决机床中同步控制问题具有代表性的方案。所谓双轴同步驱动，就是一个坐标的运动指令能够驱动两个电机同时运行，通过对这两个电机移动量的检测，将位移偏差反馈到数控系统获得同步误差补偿，其目的是将主、从两个电机之间的位移偏差量控制在一个允许的范围内。从整体结构来看就是采用双电机、双检测的同步进给驱动系统。

近年来，双轴同步驱动技术在数控机床中的应用越来越成为业界的热点。从已经具备双轴同步控制功能的控制系统来看，同步控制功能均由数控系统提供，如目前市场上广泛使用的高档数控系统，西门子840D提供了龙门轴功能，FANUC-18i数控系统提供了简易同步控制轴功能等。同步控制功能由数控系统实现，虽然解决了同步轴控制问题，同时也带来很多弊端，如增加了数控系统的负担，接口复杂，难于扩展为多轴同步功能等。随着数字通讯技术的发展，现场总线技术已经成功地引入到控制领域，成为各功能模块如计算机控制器(Computer Numerical Controller，CNC)、伺服驱动器等之间进行数据交换的手段。现场总线有抗干扰、通讯灵活、易联接、成本低等诸多优点，是未来的发展趋势。目前也已形成多种总线相互竞争的态势。现场总线的使用及DSP技术的发展，都要求与控制相关的功能下移到伺服中实现，以充分地利用伺服的控制优势，提高控制的响应频率和控制性能。因此研究基于现场总线的同步轴控制功能符合数控技术的发展趋势。而目前能够满足上述要求的总线式伺服双轴同步控制方法及实现装置尚未见报道。

发明内容

针对现有双轴同步控制技术中数控系统负担过重、扩展困难、同步控制精度低等的不足之处，本发明要解决的问题是提供一种总线式伺服双轴同步控制方法。本发明通过改进现场总线通信功能，使其支持分布共享通信；将两个伺服轴分别设为主动伺服轴和从动伺服轴；在从动伺服轴中增加同步控制器，以控制主、从动伺服间的同步误差。基于此方法，本发明采用高精的伺服平台开发双轴同步控制实现装置，以实现数控机床中双轴同步驱动的高精度控制。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明总线式双轴伺服同步控制方法包括以下步骤：

采用总线式控制系统结构，将两个需要同步的伺服轴分别设置为主动伺服轴和从动伺服轴；

从动伺服轴通过现场总线获取CNC的位置指令与主动伺服轴的位置反馈信息；

从动伺服轴利用上述获得的指令与反馈信息，在内部建立同步控制器，利用同步控制器对从动轴进行同步误差控制。

主动轴与从动轴设置方式为：通过伺服驱动器软件实现同步控制中两种伺服的功能设置，主动轴即为普通的位置伺服控制系统，从动轴除了实现普通的位置伺服控制系统外，还要有两方面的功能：一是监视总线，获取主动轴的位置给定和反馈信息；二是同步控制功能。

从动轴信息获取方式为：通过现场总线的旁听从站功能和信息共享功能的支持，从动轴从现场总线上获取CNC发送给主动轴的位置指令和从动轴的位置反馈数据；以主动轴的位置指令与从动轴的位置反馈数据的偏差作为同步控制器的输入。

现场总线旁听功能为：在常规的现场总线中，主站与每个从站建立连接，在与从站进行实时通讯的同时，监视从站的运行状态。

信息共享功能为：CNC和伺服驱动器挂接到现场总线上，通过现场总线实现数据共享，总线上传输的数据在每个设备都有相同的拷贝。

同步控制器的设置过程为：以主动轴和从动轴的同步位置偏差作为输入，建立一个单输入单输出的控制系统作为同步控制器，在主动轴和从动轴的相对位置上形成一个闭环控制，其输出作为一种补偿附加到从动轴伺服位置指令上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果及优点：

1.系统结构简单，便于扩展。基于现场总线的控制系统结构，只要再增加从动伺服轴，即可将双轴同步控制扩展成多轴同步控制，对CNC没有特殊要求。