[发明专利]基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法

权利要求书

1.基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：

伺服刀架控制器接收到上位机换刀指令后，自动生成伺服刀架的最短换刀路径，将该路径作为伺服电机带动刀盘旋转的所需的转位位移，利用速度规划算法得到换刀过程中伺服电机任意时刻的速度及位移，将位移作为伺服电机给定值进行位置闭环控制，带动刀盘进行转位换刀动作；

在刀盘转位换刀动作时，采用扭矩输出分时控制算法限定伺服刀架控制器的扭矩输出，伺服刀架控制器将该扭矩输出至伺服电机控制刀盘完成转位动作。

2.根据权利要求1所述的基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，其特征在于：

所述自动生成伺服刀架最短换刀路径包括以下步骤：

伺服刀架控制器接收到上位机换刀指令后，将其转换为目标刀号n₁；将目标刀号n₁与当前刀号n₂作差，得到差值e₁；

将刀盘总刀位数n₃与e₁的绝对值|e₁|作差，得到差值e₂；判断|e₁|与e₂的大小关系：若|e₁|大于e₂，则换刀过程所需转过的刀位数若|e₁|小于等于e₂，则换刀过程所需转过的刀位数e₃＝e₁；

根据得到转位位移；如果总转位位移s为正，表示电机正转，如果s为负，表示电机反转；其中，m为伺服刀架减速机减速比，encoder为伺服电机编码器线数。

3.根据权利要求1所述的基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，其特征在于：

所述速度规划算法采用多段式曲线加减速算法包括以下步骤：

将伺服电机运动过程中的转速随时间变化的加减速曲线分成加速段、匀速段和减速段；加速段和减速段分别分割成多段形状相似但加速度变化率不同的曲线段；其中，加速段中的每个曲线段包括加加速段和减加速段；减速段中的每个曲线段包括加减速段和减减速段；

根据加减速曲线建立由各曲线段组成的数学模型；将自动生成伺服刀架的最短换刀路径与各曲线段的速度指标参数代入该数学模型中，得到伺服电机在各加加速段、减加速段、匀速段、加减速段和减减速段的运行时间；然后将各参数和得到的运行时间再代入上述数学模型中，即得到换刀过程中任意时刻的速度和位移。

4.根据权利要求1所述的基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，其特征在于：

所述各曲线段的速度指标参数包括：

加速段的各曲线段中加加速段的加速度变化率依次为JA₁、JA₂、……JA_n+1，减加速段的加速度变化率与对应的加加速段的加速度变化率互为相反数；

减速段的各曲线段中减减速段的加速度变化率依次为JD₁、JD₂、……JD_m+1，加减速段的加速度变化率与对应的减减速段的加速度变化率互为相反数；

加减速曲线的初始速度值为V_s，加减速曲线的末速度值为V_e，匀速段速度为整个加减速曲线最大速度值V_max，加速段中各曲线段的最大速度值依次为VA₁、VA₂……VA_n+1，减速段中各曲线段的最大速度值依次为VD₁、VD₂、VD_m+1。

5.根据权利要求1所述的基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，其特征在于：

所述扭矩输出分时控制算法包括以下步骤：

判断当前时刻伺服刀架控制器是否完成转位换刀动作；若处于转位换刀动作状态，则伺服刀架控制器将最大允许扭矩输出输出至伺服电机控制刀盘转位到目标位置；若转位换刀动作结束，则将伺服刀架控制器的扭矩输出保持在自保护范围内输出至伺服电机控制刀盘保持目标位置不动，直至伺服刀架控制器发出刀盘锁紧命令。

6.根据权利要求1所述的基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，其特征在于：

所述数学模型为

其中，S(t)为伺服刀架控制器在换刀过程中任意时刻的位移，TA₁、TA₂分别为伺服电机在各加加速段的运行时间，各减加速段运行时间与对应的加加速段的运行时间相等；TD₁、TD₂分别为伺服电机在各减减速段的运行时间，各加减速段运行时间与对应的减减速段的运行时间相等；匀速过程时间为T_y。