[发明专利]一种数控机床伺服系统控制参数优化方法

说明书

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，涉及一种数控机床伺服系统控制参数优化方法，对优化伺服系统动态特性具有显著效果。

背景技术

数控机床伺服系统控制参数优化对提高其加工精度具有十分重要意义。数控机床的性能很大程度上取决于伺服系统的控制参数优化程度。它影响了机床的最高移动速度、定位精度、重复定位精度等重要指标，进而决定了加工工件的轮廓精度与表面质量。但是，目前大部分机床在出厂时对机床的伺服控制参数只进行基本设定并没有进行控制参数的优化调整，这些设定的控制参数只能保证数控机床正常运行，较为保守，导致数控机床无法实现最佳加工精度与效率。因此，如果要进一步提升现有数控机床的加工精度，必须对数控机床的伺服控制参数进行优化。

然而数控机床伺服系统控制参数种类繁多、参数相互之间耦合性强且呈非线性特性，并且随着数控机床联动轴数的增加而更加复杂。因此，关于伺服系统控制参数整定及优化一直是高速、高精度数控技术研究的热点和难点。

传统伺服参数优化方法需要工程人员经过大量实验和调试，频繁设定伺服系统控制参数并测试其系统动态响应特性，从所测试的伺服控制参数中根据工况需要，选出一组相对较好的伺服控制参数组合，从而实现数控机床伺服系统控制参数的人工优化。这种手动伺服控制系统参数优化方法具有调试效率低、随机性强并且依赖调试人员工程经验等缺点，往往导致伺服系统动态特性并未处于最佳状态，伺服控制参数还有较大的调试裕度，数控机床性能还有较大的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有数控机床伺服控制参数人工优化方法的缺点，提供一种数控机床伺服系统控制参数的自动优化方法。该方法可以对多轴、多伺服系统控制参数进行实时同步优化且具有寻优效率高、控制参数收敛速度快、可移植到不同的数控系统中进行使用等优点，能够在各种工况下，寻找出最优的数控机床伺服系统控制参数值。

本发明通过以下技术方案来解决：

该种数控机床伺服系统控制参数优化方法，包括以下步骤：

1）首先确定需要优化的数控机床伺服系统控制参数及每次优化过程中参数范围、参数的样本数、优化结束准则、最大优化次数、全局搜索能力及局部搜索能力量化指标，需要优化的伺服系统控制参数根据用户需要确定；所述参数范围为该数控机床伺服系统控制参数所选范围边界值，为引起机床不稳定工作状态的临界控制参数值；

每次优化过程中参数的样本为要优化的参数的一个组合，是优化过程中伺服控制系统参数的基本单位，样本数为一次优化过程中生成的样本总数，为恒定值并由用户指定。

每次优化过程中参数的最大优化次数为优化过程不能满足优化结束准则方程时，优化过程进行的次数；当达到该次数时，优化过程结束，给出当前最佳的样本值并更新到伺服控制系统中；全局搜索能力为优化算法的一项参数量化指标，数值取值范围为0-1，由用户指定；数值越大全局搜索能力越强；局部搜索能力为优化算法的一项参数量化指标，数值取值范围为0-1，由用户指定；数值越大局部搜索能力越强；需要优化的伺服系统控制参数为三环伺服控制系统内的参数，由用户指定需要优化哪些控制参数。

2）数控机床伺服系统各控制参数范围输入到伺服控制参数生成器中。该伺服控制参数生成器根据输入的伺服系统各控制参数范围生成相应的伺服系统各控制参数值样本集合；

3）依据伺服控制参数生成器生成的各控制参数样本集合值依次更新相应的伺服控制参数；伺服系统控制参数每更新一次，数控机床都按照特定的测试轨迹指令控制数控机床伺服系统工作，并实时采集相应数控机床运动位置信息；

4）依据数控机床运动位置信息及运动位置指令信息，通过适应度函数评价方法对数控机床伺服控制系统动态性能进行综合评价；根据适应度函数值组合，选出伺服系统控制参数最佳样本组合；

5）将伺服系统控制参数最佳样本组合所对应的适应度函数值输入优化结束准则，如果满足优化结束条件则此样本参数组合为最终优化结果，若不满足优化结束条件，则将样本集合输入到控制参数优化器；

6）控制参数优化器对样本集合进行选择、复制、交叉、变异操作生成新的控制参数样本集合；重复步骤3）至6），若达到最大优化次数后仍不满足优化结束条件，则给出最佳控制参数样本组合对应的控制参数值，优化过程结束；否则，满足优化结束条件后，给出最佳控制参数样本组合对应的控制参数值，优化过程结束。