[发明专利]一种基于电机和机床位置双反馈的轴运动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及到数控机床控制领域，具体地说是针对带外接位置传感装置反馈机床轴的动态修正运动插补的全闭环轴运动控制方法。 

背景技术

当今数控机床越来越多地被广泛应用，同时对数控机床定位精度、重复定位精度也日益提高，原来丝杠加编码器式的半闭环控制系统已无法满足用户的需求。半闭环控制系统无法控制机床轴传动机构所产生的传动误差、高速运转时传动机构所产生热变形误差以及加工过程中传动系统磨损而产生的误差，而这些误差已经严重影响到数控机床的加工精度及其稳定性。光栅尺等外接传感装置对数控机床各坐标轴进行全闭环控制，消除上述误差，提高机床的定位精度、重复定位精度以及精度可靠性，作为提高数控机床位置精度的关键部件日益受到用户的青睐。但对于机械传动结构复杂、机械间隙较大或轴行程范围内传动线性较差的机床坐标轴来说，如果采用传统全闭环控制方式，虽然一定程度上能够满足轴定位精度、重复定位精度，但存在运动控制过程中伺服电机转速不平稳、易引起机床轴振动情况，一方面造成加工精度受到影响，另一方面还会造成加快机床传动装置的磨损。 

随着现代制造业的迅速发展，机床结构也在不断发生变化，比如出现了单伺服电机控制多机床坐标轴的机械结构，传统的轴控制方式已经不能很好的适用于此类机床。而此类机床传动结构复杂、机械间隙较大、轴行程范围内传动线性不稳定等，同样需要外界位置传感装置实现定位。 

发明内容

针对现有轴运动控制的处理方法存在的问题，本发明的目的是提供一种可根据光栅尺等外接位置传感装置及伺服电机编码器反馈动态修正插补位置，实现动态规划运动轨迹，基于此方法，本发明可以在满足定位精度、重复定位精 度的同时，保证伺服电机稳定运行，保证工件加工精度且延长机床的使用寿命。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于电机和机床位置双反馈的轴运动控制方法，对轴运动指令利用伺服电机编码器反馈与机床位置传感装置进行轴运动规划，形成加工过程中的轴速度设置值，由轴控制部分实现加工过程中轴运动插补点，经PID控制实现对轴传动装置中伺服电机的平稳转动。 

所述轴运动规划为在轴运动过程中，通过机床轴最终执行端的外接位置传感装置所得轴反馈位置，与伺服电机编码器反馈计算所得轴反馈位置，二者之差对轴运动规划位置点不断进行修正，重新计算运动规划剩余距离。 

所述轴运动规划处于规划加速阶段、规划匀速阶段或轴命令进给速度变化规划阶段时，轴控制采用基于电机和机床位置双反馈动态修正的闭环控制，增加对上一周期插补命令位置点及规划剩余距离进行全闭环修正： 

lastCmdPos＝LastCmdPos+posCorrection； 

remDis＝remDis-posCorrection； 

其中lastCmdPos表示上一周期的插补命令位置点，posCorrection表示轴位置反馈修正量，remDis表示规划剩余距离；PID控制采用基于电机和机床位置双反馈动态修正的闭环PID控制； 

所述轴运动规划处于规划减速阶段或定位完成阶段时，轴控制采用全闭环控制；PID控制采用全闭环PID控制； 

所述轴运动规划处于轴无运动阶段时，轴控制采用半闭环控制；PID控制采用轴定位点半闭环PID控制。 

所述半闭环控制，是指抛开机床轴执行终端的直接反馈，即外接位置传感装置。 

所述全闭环控制，是指在机床轴的最终执行端设置监测，即外接位置传感装置，反馈回的信号直接用于机床轴运动的调整，而与伺服电机编码器的反馈无关。 

所述外接位置传感装置可以为光栅尺、球栅尺，也可以为旋转轴的外接编 码器。 

本发明具有以下优点： 

1.适应性强。凡是采用轴运动控制的机床，具备执行终端位置反馈，不管是线性坐标轴，还是旋转轴，不管是采用光栅尺、球栅尺，还是外接位置编码器，都可以采用本发明的方法。 

2.机床轴定位精度、重复定位精度可得到保障。在定位完成阶段采用全闭环控制，可保证轴定位精度，而传统全闭环控制方法需要全程全闭环控制，虽然也能够保证定位精度，但要求机床轴机械传动性好，对于传动性较差的机床轴易引起震动，甚至出现过动情形。 

3.速度平滑度高、动态性好。本发明在不同运动阶段采用不同的运动控制方式，在速度规划过程，引入轴插补位置的动态修正机制，既避免了为保证速度规划的平稳性而带来的实际电机运转的不稳定，也保证轴运动速度的平稳性，同时较完全采用全闭环控制而言，可调高伺服环速度比例增益，减小随动误差，提高加工精度。