[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

说明书

技术领域

本发明属于数控刀架控制领域，特别涉及一种基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制算法。

背景技术

伺服刀架是机床的高档功能性附件,此类刀架与传统的液压刀架相比具有可靠性高、转位快、刚性好、结构简单、运行平稳等特点。由于国内针对伺服刀架的研发起步要比国外晚，因此在转位时间、转位精度等技术品质上，我国的伺服刀架与世界先进水平相比，仍存在很大的差距，国内还鲜有成熟的针对伺服刀架的专业伺服产品系列，目前国内主流的刀架控制方案有两种：1.以普通伺服为主体，伺服刀架的选刀、定位、锁紧等动作通过数控系统来控制，数控系统将刀位转换成给伺服驱动器的指令脉冲数，来驱动伺服电机带动伺服刀架旋转；2.以普通伺服为主体，外加一个单片机，单片机接收上位机发送的目标刀位等信息，再将目标刀位转换成给伺服驱动器的指令脉冲数，从而驱动伺服电机带动伺服刀架旋转。上述两种控制方案的不足之处在于额外占用系统资源，无端的增加了成本，降低了设备的可靠性。

伺服刀架在锁紧的过程中，由于机械制作工艺、定位精度等原因有时会出现定位销的头部与上刀体的销孔之间存在些许的偏差，使得伺服刀架在锁紧的过程中定位销不能完全被压入销孔中，此时机械力会将定位销强制性地压入到销孔，由于此时电机仍处于通电状态，这样会导致电机出现过流现象，严重的甚至会损坏电机和伺服刀架控制器。

随着先进制造业的发展，机床对数控刀架转位换刀的效率要求越来越高，而要实现快速转位换刀，就必须要面临的一个问题就是在启停的过程中对机械的冲击。传统的刀架控制器对位置的控制方式常用的大都是直线加减速控制、指数加减速控制、S曲线加减速控制，上述控制方式虽然一定程度上解决了启停过程中对机械的冲击问题，但是仍无法解决提高换刀效率和降低机械启停冲击的矛盾，即要想降低机械启停冲击，就无法最大程度的提高换刀效率；要想提高换刀效率，就无法保障最大程度的降低机械启停冲击，尤其是在小惯量电机带动大惯量负载的情况下，伴随着机械启停冲击会出现伺服电机过流的现象。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明提供了一种基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制算法，本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

基于伺服刀架控制器的伺服电机的优化控制方法，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。

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。

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；