[发明专利]数控机床进给系统的等效惯量和等效阻尼的辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床进给系统等效惯量及等效阻尼的辨识方法，特别是利用G代码位移信号对数控机床进给系统进行持续有效地激励，以电机电流数据和电机转速数据作为参数的辨识方法。 

背景技术

高速、精密、高效是现代数控机床发展的方向，但进给系统的动态特性对高速机床的精度和效率有重要的影响。对于全闭环控制的高档商用数控系统，合适的进给系统控制参数取决于机械系统参数。不合适的控制参数不仅会使进给系统出现较大的跟随误差，严重时还会出现机械系统的振荡，造成加工质量的严重下降甚至造成设备损坏，从而影响加工质量和加工效率。基于此，得到诸如等效惯量和等效阻尼等进给系统的动态参数，实现进给系统的建模，进行进给系统的动态特性研究，实现高速机床高精度控制，是实现高速、精密、高效加工的前提。另外，生产中的数控机床，实现开环辨识十分困难，最好的办法是闭环辨识，采用合适的激励信号是进行闭环辨识的关键，要求激励信号能对所辨识的系统能够持续有效的激励。受数控机床开放性限制，对数控机床数控系统运动轴的输入信号除位置信号以外，其 它信号都非常困难。 

发明内容

根据这种情况，本发明提出了一种对数控机床进给系统等效惯量和等效阻尼的辨识方法，该方法解决了生产中机床难以开环闭环的难题，据此可以准确辨识出等效惯量和等效阻尼，所提出的方法为机床进给系统准确的动态建模，提高数控机床的加工效率和加工质量具有重要意义。 

一种数控机床进给系统等效惯量和等效阻尼的辨识方法，其特征在于，具有： 

第1步骤，建立简化的进给系统二阶动力学模型并计算得到其差分方程； 

第2步骤，通过G代码位移信号对数控机床进给系统进行持续有效地激励，并同时得到进给伺服电机的电流信号和电机转速信号数据； 

第3步骤，将电流信号和转速信号的数据，带入差分方程后，根据最小二乘法从差分方程得出数控机床进给系统的等效惯量和等效阻尼。 

前文第1步骤中，进给系统二阶动力学模型和差分方程是通过以 下过程得出的： 

首先，以电机轴为研究对象，根据相关控制理论，成立微分方程： 

iKt=Jeω·+Beω+Te---(1)]]>

其中，K_t为电机力矩常数，J_e为等效惯量，B_m为等效阻尼，ω为电机角速度，i为电机电流 

然后，将微分方程（1）改写成方程（2）： 

Kt(i-Te/Kt)=Jeω·+Beω---(2)]]>

然后，通过两边拉氏变换运算将所述方程（2）变形为方程（3）：